DE102011080680A1

DE102011080680A1 - Ankerfeder für ein Magnetsystem eines Leitungsschutzschalters sowie Leitungsschutzschalter

Info

Publication number: DE102011080680A1
Application number: DE201110080680
Authority: DE
Inventors: Winfried Vierling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2013-02-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ankerfeder (10) für ein Magnetsystem (20) eines Leitungsschutzschalters (30), aufweisend einen Arbeitsschenkel (4) zum Übertragen einer Federkraft auf einen ferromagnetischen Anker (21) des Magnetsystems (20), einen Halteschenkel (1) zur Abstützung der Federkraft in dem Leitungsschutzschalter (30) und ein Federelement (2) zwischen dem Arbeitsschenkel (4) und dem Halteschenkel (1) zur Erzeugung eines Drehmomentes, wobei die Ankerfeder (10) zwischen dem Arbeitsschenkel (4) und dem Halteschenkel (1) ein Distanzabschnitt (3) ausbildet, welcher das Drehmoment zur Erzeugung der Federkraft auf den Arbeitsschenkel (4) und/oder den Halteschenkel (1) überträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ankerfeder für ein Magnetsystem eines Leitungsschutzschalters, aufweisend einen Arbeitsschenkel zum Übertragen einer Federkraft auf einen Anker des Magnetsystems, einen Halteschenkel zur Abstützung der Federkraft in dem Leitungsschutzschalter und ein Federelement zwischen dem Arbeitsschenkel und dem Halteschenkel zur Erzeugung eines Drehmomentes. Ferner betrifft die Erfindung einen Leitungsschutzschalter mit einem Magnetsystem, wobei das Magnetsystem einen Anker, eine Spule sowie eine Ankerfeder aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Ankerfeder.
Leitungsschutzschalter schützen elektrische Anlagen vor Überlast und Kurzschlüssen. In der Regel werden Leitungsschutzschalter in Zählerschränken und Kleinverteilern installiert, um beispielsweise in Wohngebäuden oder Zweckbauten die Stromkreise für Lampen, Herde und auch Maschinen abzusichern. Komfortable Montage- und Anschlusstechnik, einheitliche Zusatzkomponenten und ein durchgängiges Design sind die Kennzeichen von typischen Leitungsschutzschaltern.
Gute Leitungsschutzschalter weisen ein Magnetsystem auf, welches insbesondere eine Magnetspule, einen ferromagnetischen Anker sowie eine Ankerfeder umfasst. Je nach Stromstärke baut sich ein mehr oder weniger starkes Magnetfeld um die Magnetspule des Magnetsystems auf. Überschreitet die Stromstärke einen bestimmten Grenzwert, ist die Kraft auf den ferromagnetischen Anker so groß, dass er durch das Magnetfeld bewegt wird und so, gegebenenfalls über Zwischenelemente, zwei Kontakte, durch die der Strom fließt, trennt. Die Ankerfeder sorgt insbesondere dafür, dass der ferromagnetische Anker in seine Ausgangslage zurückgebracht wird.
Bisher gibt es verschiedene Arten von Ankerfedern beziehungsweise Federn, die als Ankerfedern benutzt werden. So existieren Leitungsschutzschalter bei denen das Magnetsystem Druckfedern als Ankerfedern aufweist, die innerhalb der Magnetspule des Magnetsystems angeordnet sind. Nachteilig bei derartigen Druckfedern ist, dass nach der Montage die Baugruppe beziehungsweise Bauteile des Leitungsschutzschalters verstemmt werden müssen, anderenfalls ist die weitere Handhabung der Baugruppe beziehungsweise des Leitungsschutzschalters durch die auseinanderfedernden Bauteile erschwert. Des Weiteren gibt es wenige Variationsmöglichkeiten bei Druckfedern.
Ferner sind Blattfedern bekannt, die außerhalb der Magnetspule des Magnetsystems eines Leitungsschutzschalters angeordnet sind. Diese Konstruktion beziehungsweise die Verwendung derartiger Blattfedern ist jedoch aufgrund der beschränkten Kräfte der Blattfedern nur für ein kleines Leitungsschutzschalterspektrum geeignet. Insbesondere ist eine weltweite Beschaffbarkeit derartiger Blattfedern in einer benötigten Qualität nicht gewährleistet. Blattfedern sind ferner teuer, was den Masseneinsatz in Leitungsschutzschaltern negativ beeinflusst. Außerdem sind Blattfedern nicht sehr toleranzunempfindlich.
Des Weiteren werden Schenkelfedern als Ankerfedern eingesetzt. Dabei sind die Schenkelfedern als Drehfedern ausgebildet und weisen insbesondere einen spiralförmigen Verlauf auf. Nachteilig bei derartigen Schenkelfedern ist jedoch, dass diese relativ viel Platz erfordern innerhalb des Leitungsschutzschalters. Aufgrund der Konstruktion der Schenkelfedern und der beengten Platzverhältnisse innerhalb der Leitungsschutzschalter kann oftmals nicht die Einhaltung der Luftund Kriechstrecken des Leitungsschutzschalters gewährleistet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ankerfeder für ein Magnetsystem eines Leitungsschutzschalters beziehungsweise einen Leitungsschutzschalter mit einem Magnetsystem, welches eine Ankerfeder aufweist, zu schaffen, die kostengünstig, einfach und platzsparend ausgebildet sind. Insbesondere soll die Ankerfeder des Magnetsystems toleranzunempfindlich ausgebildet sein, weltweit beschaffbar sein, kostengünstig, platzsparend innerhalb eines Leitungsschutzschalters einbaubar sein, eine einfache Endmontage innerhalb eines Leitungsschutzschalters gewährleisten und viele Variationsmöglichkeiten bieten.
Bei einem Magnetsystem eines Leitungsschutzschalters soll mit möglichst wenigen Ankerfedern beziehungsweise Ankerfedervarianten das erforderliche Spektrum an Stromstärken und Auslösecharakteristiken abgedeckt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ankerfeder mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, durch ein Leitungsschutzschalter mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 9 sowie durch ein Verfahren Zur Herstellung einer Ankerfeder mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale, Vorteile und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ankerfeder beschrieben werden, selbstverständlich auch in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Leitungsschutzschalter und/oder dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wird die Aufgabe durch eine Ankerfeder für ein Magnetsystem eines Leitungsschutzschalters gelöst, wobei die Ankerfeder einen Arbeitsschenkel zum Übertragen einer Federkraft auf einen ferromagnetischen Anker des Magnetsystems, einen Halteschenkel zur Abstützung der Federkraft in dem Leitungsschutzschalter und ein Federelement zwischen dem Arbeitsschenkel und dem Halteschenkel zur Erzeugung eines Drehmomentes aufweist. Ferner ist die erfindungsgemäße Ankerfeder dadurch gekennzeichnet, dass diese zwischen dem Arbeitsschenkel und dem Halteschenkel einen Distanzabschnitt ausbildet, welcher das Drehmoment zur Erzeugung der Federkraft auf den Arbeitsschenkel und/oder den Halteschenkel überträgt.
Eine derartig ausgebildete Ankerfeder ist kostengünstig, einfach herzustellen und platzsparend ausgebildet. Insbesondere ist eine derartige Ankerfeder eines Magnetsystems für einen Leitungsschutzschalter toleranzunempfindlich, weltweit beschaffbar, platzsparend innerhalb eines Leitungsschutzschalters einbaubar, gewährleistet insbesondere eine einfache Endmontage innerhalb eines Leitungsschutzschalters und bietet viele verschiedene Variationsmöglichkeiten.
Der Arbeitsschenkel der Ankerfeder dient zum Übertragen einer Federkraft auf einen ferromagnetischen Anker des Magnetsystems. Hierbei kann der Arbeitsschenkel direkt oder indirekt mit dem ferromagnetischen Anker des Magnetsystems des Leitungsschutzschalters verbunden sein. Der Halteschenkel der Ankerfeder dient zur Abstützung der Federkraft des Federelementes der Ankerfeder in dem Leitungsschutzschalter. Insbesondere ist der Halteschenkel zumindest radial innerhalb des Leitungsschutzschalters fixiert, so dass dieser zur Abstützung der Federkraft dienen kann. Besonders bevorzugt ist der Halteschenkel in sämtliche Richtungen innerhalb des Leitungsschutzschalters fixiert. Das Federelement ist zwischen dem Arbeitsschenkel und dem Halteschenkel angeordnet beziehungsweise ausgebildet und dient zur Erzeugung eines Drehmomentes, welches der Arbeitsschenkel auf den ferromagnetischen Anker des Magnetsystems übertragen kann. Der Kern der Erfindung liegt darin, dass zwischen dem Arbeitsschenkel und dem Halteschenkel zusätzlich ein Distanzabschnitt ausgebildet ist, welcher das Drehmoment zur Erzeugung der Federkraft von dem Federelement auf den Arbeitsschenkel und damit auf den ferromagnetischen Anker des Magnetsystems überträgt.
Der Distanzabschnitt ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass er den Arbeitsschenkel und den Halteschenkel der Ankerfeder, im Vergleich zu den bekannten Schenkelfedern, weiter voneinander trennt. Er distanziert sozusagen den Halteschenkel von dem Arbeitsschenkel. Dabei kann der Distanzabschnitt zwischen dem Arbeitsschenkel und dem Federelement der Ankerfeder oder zwischen dem Halteschenkel und dem Federelement der Ankerfeder angeordnet sein. Eine Ankerfeder kann auch zwei oder mehr Distanzabschnitte aufweisen.
Vorteilhafterweise ist der Distanzabschnitt geneigt zu dem Arbeitsschenkel und geneigt zu dem Halteschenkel angeordnet. Besonders bevorzugt ist eine Ankerfeder, bei der der Distanzabschnitt senkrecht beziehungsweise annähernd senkrecht zu dem Arbeitsschenkel und dem Halteschenkel verläuft. Die Länge des Distanzabschnittes kann variieren und ist insbesondere abhängig vom Einbauplatz, der für die Ankerfeder innerhalb des Leitungsschutzschalters zur Verfügung steht. Dabei ist die Ausgestaltung der Ankerfeder ferner von den erforderlichen Luft- und Kriechstrecken innerhalb des Leitungsschutzschalters abhängig. Eine ausreichende Bemessung der Luft- und Kriechstrecken innerhalb eines Leitungsschutzschalters dient dazu, Personen oder Sachwerte vor den Auswirkungen von elektrischen Spannungen oder Strömen, beispielsweise Brandgefahr oder durch Funktionsversagen der Betriebsmittel, auf bestmögliche Weise zu schützen. Dabei kann die Luftstrecke insbesondere als kürzeste Entfernung in Luft zwischen zwei leitenden Teilen definiert sein. Die Kriechstrecke kann definiert werden als kürzeste Entfernung entlang der Oberfläche eines Isolierstoffes zwischen zwei leitenden Teilen. Die Bemessung der Luft- und Kriechstrecken erfolgt insbesondere nach den zu erwartenden Überspannungen bei Berücksichtigung der getroffenen Vorkehrungen als Überspannungsschutz und der Schutzmaßnahmen gegen Verschmutzung. Der Distanzabschnitt ermöglicht, dass das Federelement einer Ankerfeder, welches den größten beziehungsweise voluminösesten Teil der Ankerfeder bildet, entfernt von den Luft- und Kriechstrecken innerhalb eines Leitungsschutzschalters angeordnet werden kann. Der Distanzabschnitt ermöglicht im Idealfall die vollständige Umgehung der Luft- und Kriechstrecken innerhalb eines Leitungsschutzschalters.
Die Ausgestaltung und Größe der Ankerfeder beziehungsweise des Distanzabschnittes und deren Anordnung ergibt sich insbesondere aus der inneren Kontur des Leitungsschutzschalters und der Anordnung der Luft- und Kriechstrecken innerhalb eines Leitungsschutzschalters. Dabei wird die Ankerfeder vorzugsweise derart innerhalb des Leitungsschutzschalters eingebaut und ist vorzugsweise derartig ausgebildet, dass die Luft- und Kriechstrecken des Leitungsschutzschalters durch diese nicht gestört werden. Das bedeutet, die Ankerfeder gewährleistet die Einhaltung der Luft- und Kriechstrecken.
Die Ankerfeder ist insbesondere derart ausgebildet, dass diese nach Einbau innerhalb eines Leitungsschutzschalters mit ihrem Arbeitsschenkel in Wirkkontakt mit dem ferromagnetischen Anker des Magnetsystems des Leitungsschutzschalters steht. Die Ankerfeder ist auf den Anker des Magnetsystems mit einer ersten Kraft vorgespannt. Durch eine Bewegung des ferromagnetischen Ankers des Magnetsystems, kann die Ankerfeder, insbesondere der Arbeitsschenkel der Ankerfeder, bewegt, insbesondere verschwenkt, werden. Durch die Bewegung des Arbeitsschenkels der Ankerfeder erhöht sich die Vorspannung des Federelementes der Ankerfeder derart, dass dieses ein erhöhtes Drehmoment auf den Arbeitsschenkel der Ankerfeder ausübt. Dabei überträgt der Distanzabschnitt das Drehmoment zur Erzeugung der Federkraft von dem Federelement auf den Arbeitsschenkel der Ankerfeder. Der Halteschenkel dient zur Abstützung der Federkraft beziehungsweise des Drehmomentes gegenüber dem Leitungsschutzschalter, insbesondere dem Gehäuse des Leitungsschutzschalters.
Überschreitet die Stromstärke innerhalb des Leitungsschutzschalters einen bestimmten Grenzwert beziehungsweise eine bestimmten Bereich, erzeugt die Magnetspule des Magnetsystems ein derart großes Magnetfeld, dass der ferromagnetische Anker gegen die erste Kraft des Federelementes der Ankerfeder bewegt wird. Durch die Bewegung des ferromagnetischen Ankers wird der mit dem ferromagnetischen Anker in Verbindung stehende Arbeitsschenkel der Ankerfeder bewegt, so dass das Federelement der Ankerfeder weiter gespannt wird. Das hierdurch erzeugte vergrößerte Drehmoment kann bei der erfindungsgemäßen Ankerfeder über den Distanzabschnitt zurück auf den Arbeitsschenkel übertragen werden, so dass der Arbeitsschenkel beziehungsweise die Ankerfeder dafür sorgen kann, dass der ferromagnetische Anker des Magnetsystems in seine Ausgangslage zurückgebracht wird. Der Distanzabschnitt sorgt dafür, dass die Ankerfeder unauffällig und nicht störend innerhalb des Leitungsschutzschalters angeordnet werden kann. Die Länge des Distanzabschnittes ist insbesondere von dem benötigten Bauraum für die Luft- und Kriechstrecken des Leitungsschutzschalters abhängig, da die Ankerfeder derart ausgebildet ist, dass im Bereich beziehungsweise in der Nähe der Luft- und Kriechstrecken allenfalls der Distanzabschnitt, aufgrund seiner schmalen Ausbildung, angeordnet wird.
Die Ankerfeder ist vorteilhafterweise einstückig beziehungsweise monolithisch ausgebildet. Insbesondere ist die Ankerfeder aus einem Draht, vorzugsweise einem monolithisch hergestellten Draht, ausgebildet. Vorzugsweise ist der Querschnitt des Drahtes kreisförmig ausgebildet. Andere Querschnitte, wie beispielsweise eckige oder ovale Querschnitte sind ebenfalls denkbar. Besonders bevorzugt ist die Ankerfeder von ihrem einen freien Ende bis zu ihrem anderen freien Ende über ihre gesamte Länge gleich, insbesondere gleich dick, ausgebildet. Die einzelnen Elemente der Ankerfeder sind insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass diese geneigt zueinander ausgebildet sind. Das Federelement der Ankerfeder kann durch eine bestimmte Formgebung eines Bereiches der Ankerfeder gebildet sein.
Durch den Distanzabschnitt, der auch als Torsionsabschnitt beziehungsweise Torsionselement bezeichnet werden kann, kann das Federelement, welches aufgrund seiner speziellen Formgebung den voluminöseren Teil der Ankerfeder ausbildet, beispielsweise tief unten in dem Gehäuse des Leitungsschutzschalters platziert werden. Weiter oben, im Bereich der Gehäuse- und Deckeltrennung des Leitungsschutzschalters kann der eher dünne Distanzabschnitt beziehungsweise das dünne Torsionselement angeordnet werden, so dass die Ankerfeder die Luft- und Kriechstrecken innerhalb des Leitungsschutzschalters nicht negativ beeinflusst. Durch die zusätzliche Ausbildung des Distanzabschnittes kann trotz beschränktem Bauvolumen innerhalb eines Leitungsschutzschalters eine kostengünstige, spät im Fertigungsfluss zu montierende Ankerfeder realisiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann bei einer Ankerfeder vorgesehen sein, dass sich der Distanzabschnitt zumindest abschnittsweise entlang der Rotationsachse des vom Federelement erzeugten Drehmomentes erstreckt. Vorzugsweise verläuft der Distanzabschnitt koaxial zu der Rotationsachse des vom Federelement erzeugten Drehmomentes. Hierdurch kann die Kraft des Federelementes optimal auf den Arbeitsschenkel der Ankerfeder übertragen werden, so dass die Ankerfeder eine sichere beziehungsweise ausreichend große Kraft auf den ferromagnetischen Anker des Magnetsystems des Leitungsschutzschalters ausüben kann. Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann bei einer Ankerfeder vorgesehen sein, dass der Distanzabschnitt zumindest abschnittsweise parallel zu der Rotationsachse des von dem Federelement erzeugten Drehmomentes verläuft. Dies gewährleistet eine sehr gute Übertragung eines Drehmomentes über den Arbeitsschenkel auf einen ferromagnetischen Anker eines Magnetsystems eines Leitungsschutzschalters.
Bei einer Ankerfeder kann vorgesehen sein, dass der Distanzabschnitt direkt an das Federelement angrenzt. Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer Ankerfeder vorgesehen sein, dass sich die Rotationsachse des vom Federelement erzeugten Drehmomentes senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu dem Arbeitsschenkel und/oder dem Halteschenkel der Ankerfeder erstreckt. Dies gewährleistet eine optimale Übertragung eines Drehmomentes über den Arbeitsschenkel auf einen ferromagnetischen Anker eines Magnetsystems eines Leitungsschutzschalters.
Besonders bevorzugt ist daher auch eine Ankerfeder, bei der sich die Rotationsachse des vom Federelement erzeugten Drehmomentes senkrecht zu dem Arbeitsschenkel und dem Halteschenkel erstreckt. Eine derart ausgebildete Ankerfeder kann eine ausreichend hohe Kraft, bei einer Vorspannung des Federelementes, auf einen mit der Ankerfeder verbundenen ferromagnetischen Anker des Magnetsystems ausüben. Dadurch, dass sowohl der Arbeitsschenkel der Ankerfeder, als auch der Halteschenkel der Ankerfeder um 90° geneigt beziehungsweise im Wesentlichen um 90° geneigt zu der Rotationsachse des vom Federelement erzeugten Drehmomentes angeordnet sind, kann das Federelement bei einer Bewegung des Arbeitsschenkels optimal vorgespannt werden.
Die Ausbildung des Federelementes der Ankerfeder kann unterschiedlich sein. Besonderes bevorzugt ist eine Ankerfeder, bei der Federelement zumindest teilweise als Drehfeder, insbesondere zumindest teilweise als Spiraldrehfeder, ausgebildet ist. Ein derartig ausgebildetes Federelement ist einfach herstellbar und kann eine ausreichend große Kraft über den Distanzabschnitt sowohl auf den Arbeitsschenkel, als auch auf den Halteschenkel der Ankerfeder ausüben. Besonders bevorzugt ist das Federelement als gleichbleibende Spiraldrehfeder ausgebildet. Da ein derartig ausgebildetes Federelement einen deutlich größeren Durchmesser als der Distanzabschnitt aufweist, bestimmt das Federelement die Länge des Distanzabschnittes. Das heißt, die Ankerfeder wird derart ausgebildet, dass nach dem Einbau der Ankerfeder in das Magnetsystem des Leitungsschutzschalters das Federelement an einem unkritischen Bereich innerhalb des Gehäuses des Leitungsschutzschalters angeordnet ist. Da der Arbeitsschenkel der Ankerfeder in der Regel an einem anderen Bereich innerhalb des Magnetsystems des Leitungsschutzschalters anzuordnen ist, als das Federelement, dient der Distanzabschnitt als Torsionselement zur Überbrückung der Distanz zwischen dem Federelement und dem Arbeitsschenkel oder als Torsionselement zur Überbrückung der Distanz zwischen dem Federelement und dem Halteschenkel der Ankerfeder. Bevorzugt ist das Federelement vollständig als Drehfeder, insbesondere als Spiraldrehfeder, ausgebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer Ankerfeder vorgesehen sein, dass das Federelement gänzlich oder zumindest teilweise als Torsionsfeder ausgebildet ist. Ein derartig ausgebildetes Federelement ermöglicht eine hohe Kraftübertragung auf einen in Kontakt stehenden ferromagnetischen Anker eines Magnetsystems.
Wie bereits zuvor erwähnt, weist die Ankerfeder vorzugsweise über ihren gesamten Verlauf einen gleichen oder im Wesentlichen gleichen Querschnitt auf. Eine derartig ausgebildete Ankerfeder ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ankerfeder, bei der der Durchmesser des Federelementes der Ankerfeder, insbesondere der Durchmesser eines als Dreh- oder Torsionsfeder ausgebildeten Federelementes, dem 4- bis 25fachen des Durchmessers der Ankerfeder in den anderen Teile der Ankerfeder entspricht. Das heißt, bevorzugt ist der Durchmesser des Federelementes, insbesondere der Dreh- oder Torsionsfeder, 4 bis 25mal so groß, wie der Durchmesser des Drahtes der Ankerfeder. Eine derartig ausgebildete Ankerfeder gewährleistet auch die Einhaltung einer Federberechnungsnorm.
Die Ankerfeder ist vorzugsweise aus einem Draht mit einer hohen Festigkeit ausgebildet. Vorzugsweise ist die Ankerfeder aus einem Federstahl ausgebildet. Vorzugsweise weist die Ankerfeder ein Material mit einer hohen Elastizitätsgrenze auf. Als Material können neben speziellen Federstählen beispielsweise auch Kupfer-Beryllium-Legierungen eingesetzt werden. Auch Faserverbundwerkstoffe, speziell glasfaserverstärkte Kunststoffe, können als Material für die Ankerfeder verwendet werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Leitungsschutzschalter mit einem Magnetsystem, wobei das Magnetsystem einen ferromagnetischen Anker, eine Magnetspule sowie eine Ankerfeder aufweist, gelöst. Der Leitungsschutzschalter ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerfeder einen Arbeitsschenkel zum Übertragen einer Federkraft auf den Anker des Magnetsystems, einen Halteschenkel zur Abstützung der Federkraft in dem Leitungsschutzschalter und ein Federelement zwischen dem Arbeitsschenkel und dem Halteschenkel zur Erzeugung eines Drehmomentes aufweist, wobei die Ankerfeder zwischen dem Arbeitsschenkel und dem Halteschenkel einen Distanzabschnitt ausbildet, welcher das Drehmoment zur Erzeugung der Federkraft auf den Arbeitsschenkel und/oder den Halteschenkel überträgt.
Ein derartig ausgebildeter Leitungsschutzschalter ist kostengünstig, einfach und platzsparend ausgebildet. Ein derartiger Leitungsschutzschalter kann aufgrund der Einfachheit und der Variationsmöglichkeit der Ankerfeder des Magnetsystems einfach endmontiert beziehungsweise zusammengebaut werden.
Besonders bevorzugt ist ein Leitungsschutzschalter, der eine Ankerfeder aufweist, die gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Die zu der Ankerfeder angeführten Vorteile gelten daher gleichermaßen für den Leitungsschutzschalter mit einer derartigen Ankerfeder. Durch die spezielle Ausbildung der Ankerfeder des Magnetsystems des Leitungsschutzschalters kann der Leitungsschutzschalter bauraumtechnisch optimal und sehr funktional ausgebildet werden. Die spezielle Ausgestaltung der Ankerfeder, insbesondere das zusätzliche Vorhandensein des Distanzabschnittes, ermöglicht eine Anordnung der Ankerfeder derart innerhalb des Leitungsschutzschalters, dass diese der Funktion des Leitungsschutzschalters absolut nicht hinderlich ist. Dabei kann die Ankerfeder derart in dem Leitungsschutzschalter platziert werden und kann eine derartige Form aufweisen, dass die Einhaltung der Luft- und Kriechstrecken innerhalb des Leitungsschutzschalters problemlos gewährleistet werden kann. Die Ankerfeder ist vorzugsweise derart ausgebildet und innerhalb des Leitungsschutzschalters angeordnet, dass das großvolumige Federelement der Ankerfeder an einem unkritischen, nicht störenden Bereich innerhalb des Leitungsschutzschalters platziert werden kann. Gleiches gilt für den Halteschenkel der Ankerfeder. Die Bereiche innerhalb des Leitungsschutzschalters, die aufgrund der Einhaltung der Luft- und Kriechstrecken freigehalten werden müssen, können durch den Distanzabschnitt umgangen beziehungsweise überbrückt werden. Daher ist ein Leitungsschutzschalter bevorzugt, bei dem der Distanzabschnitt der Ankerfeder außerhalb der Luft- und Kriechstrecken innerhalb des Leitungsschutzschalters angeordnet ist. Aufgrund des geringen Querschnittes beziehungsweise des kleinen Durchmessers und der vorzugsweise länglichen, insbesondere geraden, Form des Distanzabschnittes, beeinflusst der Distanzabschnitt den Leitungsschutzschalter nicht negativ. Die Einhaltung der Luftund Kriechstrecken innerhalb des Leitungsschutzschalters kann durch den zusätzlich vorgesehenen Distanzabschnitt der Ankerfeder im Vergleich zu den bekannten Ankerfedern leicht gewährleistet werden.
Gemäß eines dritten Aspektes der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Ankerfeder mit den Merkmalen der Ankerfeder gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung dadurch gelöst, dass die Länge des Distanzabschnittes an die geometrischen Abmessungen innerhalb des Leitungsschutzschalters angepasst wird.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnungen mittels typischer Ankerfedern näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
1 eine Ankerfeder, die gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist, wobei die Ankerfeder in zwei Ansichten dargestellt ist,
2 eine weitere Ankerfeder, die gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet und in zwei Ansichten dargestellt ist,
3 eine weitere Ankerfeder, die gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet und in zwei Ansichten dargestellt ist,
4 eine Sicht in das Innere eines Leitungsschutzschalters, der gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist,
5 einen vertikalen Querschnitt durch den Leitungsschutzschalter gemäß 4,
6 einen horizontalen Querschnitt durch den Leitungsschutzschalter gemäß 4, und
7 eine vergrößerte Darstellung eines Magnetsystems mit einer Ankerfeder eines Leitungsschutzschalters.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 7 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die 1 bis 3 zeigen jeweils unterschiedliche Ankerfedern 10, die gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet sind, wobei jede der gezeigten Ankerfedern 10 in zwei Ansichten dargestellt ist. In 1 weist die Ankerfeder 10 einen Arbeitsschenkel 4 zum Übertragen einer Federkraft auf einen nicht dargestellten ferromagnetischen Anker eines Magnetsystems eines Leitungsschutzschalters, einen Halteschenkel 1 zur Abstützung der Federkraft in dem Leitungsschutzschalter und ein Federelement 2 zwischen dem Arbeitsschenkel 4 und dem Halteschenke 1 zu Erzeugung eines Drehmomentes auf. Ferner weist die Ankerfeder 10 zwischen dem Arbeitsschenkel 4 und dem Halteschenkel 1 einen Distanzabschnitt 3 auf, welcher das Drehmoment zur Erzeugung der Federkraft auf den Arbeitsschenkel 4 und/oder den Halteschenkel 1 überträgt. Dabei ist der Distanzabschnitt 3 zwischen dem Arbeitsschenkel 4 und dem Federelement 2 angeordnet. Ein Ende des Distanzabschnitts 3 grenzt direkt an das Federelement 2 und das andere Ende direkt an den Arbeitsschenkel 4 an. Die Ankerfeder 10 ist vorzugsweise aus einem Federstahl mit einer hohen Festigkeit ausgebildet. Ferner ist die Ankerfeder 10 bevorzugt monolithisch hergestellt. Die einzelnen Bauteile der Ankerfeder 10 sind durch ein spezielles Umformen des Federstahls entstanden. So bildet der Halteschenkel 1 eine Fortführung des Federelementes 2 an einer Seite und der Distanzabschnitt 3 eine Fortführung des Federelementes 2 an dessen anderen Seite. Der Arbeitsschenkel 4 ist geneigt zu dem Distanzabschnitt 3 der Ankerfeder 10 angeordnet. Die Rotationsachse 7 des von dem Federelement 2 erzeugten Drehmomentes erstreckt sich senkrecht bzw. im Wesentlichen senkrecht zu dem Arbeitsschenkel 4 und dem Halteschenkel 1 der Ankerfeder 10. Das Federelement 2 ist als Spiraldrehfeder beziehungsweise Torsionsfeder ausgebildet. Die Ankerfeder 10 weist über ihren gesamten Verlauf einen gleichen bzw. im Wesentlichen gleichen Querschnitt auf. Der Durchmesser des Federelementes 2 der Ankerfeder 10 beträgt ein Mehrfaches des Durchmessers des Drahtes der Ankerfeder 10. Vorzugsweise weist das Federelement 2 einen 4- bis 25-fach so großen Durchmesser auf, im Vergleich zum Durchmesser des Drahtes der Ankerfeder 10. Der Arbeitsschenkel 4 der Ankerfeder 10 ist zur direkten oder indirekten Anlage an einen ferromagnetischen Anker eines Magnetsystems eines Leitungsschutzschalters ausgebildet. Hierzu kann er, wie in 1 dargestellt, an seinem Ende speziell abgewinkelt sein. Gleiches gilt für die Ankerfedern gemäß den 2 und 3.
In der 2 ist eine, im Vergleich zu 1, andere Ankerfeder 10 dargestellt. Das Federelement 2 der Ankerfeder 10 entspricht dem Distanzabschnitt 3 der Ankerfeder 10. Dabei verläuft sowohl das Federelement 2, als auch der Distanzabschnitt 3 senkrecht bzw. annähernd senkrecht zu dem Halteschenkel 1 und dem Arbeitsschenkel 4. Insbesondere erstreckt sich die Rotationsachse 7 des von dem Federelement 2 erzeugten Drehmomentes senkrecht bzw. im Wesentlichen senkrecht zu dem Arbeitsschenkel 4 und dem Halteschenkel 2. Die Vorspannung des Federelementes 2 erfolgt durch Torsion des Distanzabschnittes 3 beziehungsweise des Federelementes 2. Dies erfolgt dadurch, dass der Arbeitsschenkel 4 durch einen ferromagnetischen Anker eines Magnetsystems verschwenkt werden kann. Durch die Verschwenkung des Arbeitsschenkels 4, bei gleichzeitiger Fixierung des Halteschenkels 1 innerhalb des Leitungsschutzschalters, wird eine Vorspannung auf das Federelement 2 ausgeübt. Diese Vorspannung sorgt dafür, dass der ferromagnetische Anker eines Magnetsystems über den Arbeitsschenkel 4 zurück in eine Ausgangslage gebracht werden kann.
In der 3 ist eine zur 1 ähnliche Ankerfeder 10 dargestellt. Auch hier ist die Ankerfeder 10 in zwei verschiedenen Ansichten dargestellt. Im Unterschied zu der Ankerfeder 10 gemäß 1 ist bei der Ankerfeder gemäß 3 der Distanzabschnitt 3 kürzer ausgebildet. Ferner erstreckt sich der Distanzabschnitt 3 entlang der Rotationsachse 7 des von dem Federelement 2 erzeugten Drehmomentes. Insbesondere ist der Distanzabschnitt 3 koaxial zu der Rotationsachse 7 des von dem Drehmoment erzeugten Drehmomentes angeordnet.
Die in den 1 bis 3 dargestellten Ankerfedern 10 sind kostengünstig, können einfach hergestellt werden und sind platzsparend ausgebildet. Derartige Ankerfedern 10 eines Magnetsystems für einen Leitungsschutzschalter sind toleranzunempfindlich, weltweit beschaffbar, können platzsparend innerhalb eines Leitungsschutzschalters eingebaut werden, gewährleisten insbesondere eine einfache Endmontage innerhalb eines Leitungsschutzschalters beziehungsweise des Leitungsschutzschalters und bieten viele verschiedene Variationsmöglichkeiten. Die Ankerfedern 10 sind dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Arbeitsschenkel 4 und dem Halteschenkel 1 zusätzlich zu dem Federelement 2 ein Distanzabschnitt 3 ausgebildet ist, welcher das Drehmoment zur Erzeugung der Federkraft von dem Federelement 2 auf den Arbeitsschenkel 4 und damit auf einen ferromagnetischen Anker eines Magnetsystems übertragen kann. Die Länge des Distanzabschnittes 3 kann bei den Ankerfedern 10 variieren und ist insbesondere abhängig von dem Einbauplatz, der für die Ankerfeder 10 innerhalb eines Leitungsschutzschalters zur Verfügung steht. Die flexible Ausgestaltung des Distanzabschnittes 3 der Ankerfeder 10 ermöglicht, dass die Ankerfeder 10 außerhalb von Luft- und Kriechstrecken innerhalb eines Leitungsschutzschalters angeordnet werden kann.
Die 4 bis 6 zeigen einen Leitungsschutzschalter 30, der gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist. Dabei zeigt 4 eine Einsicht in das Innere eines Leitungsschutzschalters 30. In 5 ist schematisch ein vertikaler Querschnitt durch den Leitungsschutzschalter 30 gemäß 4 dargestellt. 6 zeigt einen horizontalen Querschnitt durch den Leitungsschutzschalter 30 gemäß 4. Die Ankerfeder 10 ist derart in dem Leitungsschutzschalter 30 angeordnet, dass der Arbeitsschenkel 4 der Ankerfeder 10 mit dem ferromagnetischen Anker 21 des Magnetsystems 20 in Wirkkontakt steht. Durch den Distanzabschnitt 3 der Ankerfeder 10 kann die Ankerfeder 10, insbesondere der Arbeitsschenkel 4 der Ankerfeder 10, außerhalb der Luft- und Kriechstrecken 5, 6 des Leitungsschutzschalters 30 angeordnet werden. Durch eine Bewegung des ferromagnetischen Ankers 21 des Magnetsystems 20, kann die Ankerfeder 10, insbesondere der Arbeitsschenkel 4 der Ankerfeder 10, bewegt werden. Durch die Bewegung des Arbeitsschenkels 4 der Ankerfeder 10 kann das Federelement 2 der Ankerfeder 10 derart gespannt werden, dass dieses ein Drehmoment auf den Arbeitsschenkel 4 der Ankerfeder 10 ausübt. Das heißt, der Distanzabschnitt 3 kann das Drehmoment zur Erzeugung der Federkraft von dem Federelement 2 über den Arbeitsschenkel 4 zurück auf den ferromagnetischen Anker 21 übertragen.
Überschreitet die Stromstärke innerhalb des Leitungsschutzschalters 30 einen bestimmten Grenzwert beziehungsweise einen vordefinierten Bereich, erzeugt die Magnetspule 22 des Magnetsystems 20 ein derart großes Magnetfeld, dass der ferromagnetische Anker 21 des Magnetsystems 20 bewegt wird. Durch die Bewegung des ferromagnetischen Ankers 21 wird der mit dem ferromagnetischen Anker 21 in Verbindung stehende Arbeitsschenkel 4 der Ankerfeder 10 bewegt. Hierdurch wird das Federelement 2 der Ankerfeder 10 weiter gespannt. Dieses Prinzip und die Anordnung der Ankerfeder 10 innerhalb des Leitungsschutzschalters 30 sind vergrößert in der 7 dargestellt. Der Halteschenkel 1 der Ankerfeder 10 ist nahe einer ersten Gehäuseseite des Gehäuses des Leitungsschutzschalters 30 fixiert. Der Distanzabschnitt 3 der Ankerfeder 10 ist derart ausgebildet, dass dieser senkrecht bzw. annähernd senkrecht zwischen der ersten Gehäuseseite des Leitungsschutzschalters 30 zu der parallelen zweiten Gehäuseseite des Leitungsschutzschalters 30 verläuft. Das heißt, der Arbeitsschenkel 4 der Ankerfeder 10 verläuft parallel zu der zweiten Gehäuseseite des Leitungsschutzschalters 30. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Ankerfeder 10 außerhalb von Luft- und Kriechstrecken des Leitungsschutzschalters 30 angeordnet ist. Das Ende des Arbeitsschenkels 4 der Ankerfeder 10 ist in direktem Kontakt mit dem ferromagnetischen Anker 21 des Magnetsystems 20. Der ferromagnetische Anker 21 ist bewegbar innerhalb der Magnetspule 22 des Magnetsystems 20 angeordnet.
Die Erfindung ist nicht auf die in den 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispielen der Ankerfeder 10 bzw. des Leitungsschutzschalters 30 beschränkt. Selbstverständlich können sowohl die Ankerfeder 10, als auch der Leitungsschutzschalter 30 andere Ausgestaltungen einnehmen.
Bezugszeichenliste

1: Halteschenkel
2: Federelement
3: Distanzabschnitt
4: Arbeitsschenkel
5: Luftstrecke
6: Kriechstrecke
7: Rotationsachse
10: Ankerfeder
20: Magnetsystem
21: ferromagnetischer Anker
22: Magnetspule
30: Leitungsschutzschalter

Claims

Ankerfeder (10) für ein Magnetsystem (20) eines Leitungsschutzschalters (30), aufweisend einen Arbeitsschenkel (4) zum Übertragen einer Federkraft auf einen ferromagnetischen Anker (21) des Magnetsystems (20), einen Halteschenkel (1) zur Abstützung der Federkraft in dem Leitungsschutzschalter (30) und ein Federelement (2) zwischen dem Arbeitsschenkel (4) und dem Halteschenkel (1) zur Erzeugung eines Drehmomentes, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerfeder (10) zwischen dem Arbeitsschenkel (4) und dem Halteschenkel (1) ein Distanzabschnitt (3) ausbildet, welcher das Drehmoment zur Erzeugung der Federkraft auf den Arbeitsschenkel (4) und/oder den Halteschenkel (1) überträgt.
Ankerfeder (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Distanzabschnitt (3) zumindest abschnittsweise entlang der Rotationsachse (7) des vom Federelement (2) erzeugten Drehmomentes erstreckt.
Ankerfeder (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Distanzabschnitt (3) direkt an das Federelement (2) angrenzt.
Ankerfeder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rotationsachse (7) des vom Federelement (2) erzeugten Drehmomentes senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu dem Arbeitsschenkel (4) und/oder dem Halteschenkel (1) erstreckt. (Ebene in Beschreibung) Ankerfeder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (2) zumindest teilweise als Drehfeder, insbesondere als Spiraldrehfeder, ausgebildet ist.
Ankerfeder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (2) zumindest teilweise als Torsionsfeder ausgebildet ist.
Ankerfeder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerfeder (10) über ihren gesamten Verlauf einen gleichen oder im Wesentlichen gleichen Querschnitt aufweist.
Ankerfeder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Federelementes (2), insbesondere einer Drehfeder, dem 4- bis 25-fachen eines Durchmessers der Ankerfeder (10) entspricht.
Leitungsschutzschalter (30) mit einem Magnetsystem (20), wobei das Magnetsystem (20) einen ferromagnetischen Anker (21), eine Magnetspule (22) sowie eine Ankerfeder aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerfeder (10) einen Arbeitsschenkel (4) zum Übertragen einer Federkraft auf den Anker (21) des Magnetsystems (20), einen Halteschenkel (1) zur Abstützung der Federkraft in dem Leitungsschutzschalter (30) und ein Federelement (2) zwischen dem Arbeitsschenkel (4) und dem Halteschenkel (1) zur Erzeugung eines Drehmomentes, wobei die Ankerfeder (10) zwischen dem Arbeitsschenkel (4) und dem Halteschenkel (3) ein Distanzabschnitt (3) ausbildet, welcher das Drehmoment zur Erzeugung der Federkraft auf den Arbeitsschenkel (4) und/oder den Halteschenkel (1) überträgt, aufweist.
Leitungsschutzschalter (30) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerfeder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8 ausgebildet ist.
Leitungsschutzschalter (30) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Distanzabschnitt (3) im Bereich einer Luft- und Kriechstrecke (5, 6) innerhalb des Leitungsschutzschalter (30) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Ankerfeder (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Distanzabschnittes (3) an die geometrischen Abmessungen innerhalb des Leitungsschutzschalters (30) angepasst wird.