-
Die Erfindung betrifft ein Magnetsystem für ein Installationsschaltgerät, beispielsweise einen Leitungsschutzschalter, mit einem magnetischen Kreis, der einen feststehenden Kern, einen beweglichen Anker, ein Joch, und einen Arbeitsluftspalt umfasst, mit einer auf den beweglichen Anker wirkenden Fesselungseinrichtung und mit einer Spule, deren Magnetfeld eine auf den feststehenden Kern hin gerichtete Kraft auf den Anker erzeugen kann, wobei der Anker aus einem magnetischen Material besteht, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Die Erfindung betrifft weiter ein elektrisches Installationsschaltgerät, beispielsweise einen Leitungsschutzschalter, mit einem Isolierstoffgehäuse, welches im Inneren des Isolierstoffgehäuses ein Magnetsystem mit einem magnetischen Kreis, der einen feststehenden Kern, einen beweglichen Anker, ein Joch, einen Arbeitsluftspalt und eine auf den beweglichen Anker wirkende Fesselungseinrichtung umfasst, und mit einer Spule, deren Magnetfeld eine auf den feststehenden Kern hin gerichtete Kraft auf den Anker erzeugen kann, umfasst, wobei der Anker aus einem magnetischen Material besteht. Oft sind der feststehende Kern und der bewegliche Anker innerhalb eines Spulenrohres angeordnet, um das herum die Spulenwicklungen angebracht sind, so dass der bewegliche Anker im Inneren des Spulenrohres verschieblich geführt ist.
-
Ein Installationsschaltgerät, beispielsweise ein Leitungsschutzschalter oder ein Motorschutzschalter oder dergleichen, hat wenigstens eine Kontaktstelle, die zwischen wenigstens einem feststehenden und wenigstens einem beweglichen Kontaktstück ausgebildet ist, und ein Schaltwerk, das mit der Kontaktstelle in Wirkverbindung steht. Bei Auftreten eines Kurzschlussstromes erfolgt die unverzögerte Auslösung und das Öffnen der Kontakte der wenigstens einen Kontaktstelle über einen Magnetauslöser. Dieser ist so eingerichtet, dass er ab einem entsprechend der Auslösecharakteristik des Leitungsschutzschalters definierten Strom mittels eines beweglichen Ankers über einen Schlagstift das Schaltwerk entklinkt und den beweglichen Kontakt aufschlägt. Insbesondere bei hohen Kurzschlussströmen ist eine schnelle Kontaktöffnung zur Strombegrenzung erforderlich.
-
Ein bekannter Magnetauslöser umfasst ein Magnetsystem, das sich in der Regel aus einer Spule, einem magnetischen Kreis, bestehend aus einem beweglichen Anker, einem feststehenden Kern, einem Joch aus einem magnetischen Material, beispielsweise aus Eisen, und dem Arbeitsluftspalt, sowie einer Fesselungseinrichtung, insbesondere aus einer Fesselfeder oder einem Fesselmagneten, zusammensetzt. Das in der Spule erzeugte magnetische Feld wird bei Strömen im Bereich des magnetischen Ansprechwertes durch den magnetischen Kreis geführt und erzeugt eine Kraft auf den Anker, die vom Anker auf den feststehenden Kern hin gerichtet ist und den Anker auf den feststehenden Kern hin beschleunigen möchte. Entsprechend der geforderten Charakteristik des Auslösers wird der Anker durch die Fesselfeder in seiner Ausgangsposition gehalten und läuft erst nach Überschreiten des magnetischen Ansprechstromes los. Die unterschiedlichen Auslösecharakteristiken werden durch den Einsatz unterschiedlicher Fesselfedern realisiert.
-
Die Auslösecharakteristiken werden üblicherweise mit Buchstaben bezeichnet. Bei bestimmten Auslösecharakteristiken für hohe Kurzschlussströme, insbesondere bei der D- und K-Charakteristik, sind dabei hohe Federkräfte gefordert. Die dazu notwendigen starken Fesselfedern führen zu einem, gegenüber den Charakteristiken bei niedrigeren Kurzschlussströmen, beispielsweise der B- oder C- Charakteristik, mit entsprechend schwächeren Fesselfedern, verzögerten Loslaufen des Ankers und somit zu einer verspäteten Kontaktöffnung führen. Um eine gute Strombegrenzung und ein hohes Schaltvermögen zu erreichen, sind jedoch eine möglichst schnelle Ankerbewegung und ein entsprechend frühes Öffnen und starkes Beschleunigen des beweglichen Kontaktstückes beim Trennen der Kontaktstelle notwendig.
-
Die
DE 10 2005 044 230 A1 zeigt ein Magnetsystem, bei dem die Anpassung an unterschiedliche Auslösecharakteristiken dadurch erfolgt, dass der Abstand der Enden der Fesselfeder mittels eines Stellelementes einstellbar ist.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Magnetsystem für einen Leitungsschutzschalter zu schaffen, das auch bei einer Auslösecharakteristik für hohe Kurzschlussströme eine schnelle Ankerbewegung im Auslösefall gewährleistet und dabei mechanisch einfach aufgebaut ist.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Installationsschaltgerät mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
-
Erfindungsgemäß also besteht der feststehende Kern zumindest teilweise aus einem nicht magnetischen Material.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausführung des feststehenden Kerns, ganz oder teilweise, aus einem nicht magnetischen Material, beispielsweise Messing, Kupfer, Kunststoff oder Luft, wird in den magnetischen Kreis eine Art magnetischer Zusatz-Luftspalt eingefügt. Dies führt bei Strömen im Bereich des magnetischen Ansprechwerts zu einem zusätzlichen Streufluss und somit zu einer verringerten Kraftwirkung auf den beweglichen Anker, der weiterhin aus Eisen besteht. Um den gleichen Ansprechwert wie bei einem Magnetsystem mit Eisenkern zu erhalten, wird die verringerte Kraftwirkung dadurch kompensiert, dass die den Anker fesselnde Gegenkraft reduziert wird, also eine schwächere Feder eingesetzt wird. Damit ist es möglich, unterschiedliche Charakteristiken durch die Variation dieses zusätzlichen magnetischen Zusatz-Luftspalts bei gleichbleibenden Fesselfedern, mit möglichst geringen Kräften, zu erreichen.
-
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Magnetsystems liegt in der beschleunigten Ankerbewegung im Falle hoher Kurzschlussströme. In diesem Fall befindet sich der komplette magnetische Kreis bereits nach kurzer Zeit zum großen Teil in Sättigung, so dass das Magnetfeld ohnehin aus dem Eisen austritt. Die magnetische Kraftwirkung auf den beweglichen Eisen-Anker ist dabei weitgehend unabhängig davon, ob der Kern aus Eisen oder Nichteisen besteht. Die zur Beschleunigung des Ankers verfügbaren Kräfte unterscheiden sich daher nur geringfügig. Da jedoch die Fesselkraft bei der Variante mit zusätzlichem Luftspalt geringer ist, kann der Anker früher loslaufen, besser beschleunigen und damit das Kontaktsystem früher und schneller geöffnet werden, was zu einer schnelleren Strombegrenzung und damit zu einem verbesserten Schaltvermögen führt.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht der feststehende Kern vollständig aus einem nicht magnetischen Material, wie beispielsweise Messing, Kupfer, Kunststoff.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht der feststehende Kern teilweise aus einem nicht magnetischen Material, indem ein dem beweglichen Anker zugewandter Teil des feststehenden Kerns aus einem nicht-magnetischen Material besteht, und ein dem beweglichen Anker abgewandter Teil des feststehenden Kerns aus einem magnetischen Material besteht.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht das Joch zumindest teilweise aus nicht magnetischem Material. Damit wird die Kraftwirkung beim magnetischen Ansprechen weiter verringert und die Kraft der eingesetzten Fesselfeder wird weiter reduziert, was eine noch höhere Beschleunigung des Ankers auf den Kern hin erlaubt.
-
Der feststehende Kern kann zur Führung des Schlagstifts und/oder als Lager für die Fesselfeder und/oder als Anschlag des beweglichen Ankers ausgeführt sein.
-
Ein erfindungsgemäßes elektrisches Installationsschaltgerät, beispielsweise ein Leitungsschutzschalter oder ein Motorschutzschalter oder dergleichen, hat mit ein Isolierstoffgehäuse, und umfasst im Inneren des Isolierstoffgehäuses ein erfindungsgemäßes Magnetsystem.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der nicht magnetische Teil des feststehenden Kerns als Teil des Gehäuses ausgebildet, er ist damit gewissermaßen in das Gehäuse integriert und braucht nicht als separates Bauteil dem Magnetsystem hinzugefügt zu werden. In dem Fall, dass der gesamte feststehende Kern aus nicht magnetischem Material ausgeführt ist, kann der feststehende Kern insgesamt als Teil des Gehäuses ausgebildet sein.
-
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 schematisch eine Einsicht in ein erfindungsgemäßes Installationsschaltgerät,
-
2 in schematisch isolierter Darstellung ein erfindungsgemäßes Magnetsystem.
-
In den Figuren werden gleiche oder gleichwirkende Bauteile oder Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die beschriebenen Ausführungsformen stehen beispielhaft für den Erfindungsgegenstand und haben keine beschränkende Wirkung.
-
1 zeigt einen Leitungsschutzschalter 1, hier in Schalenbauweise, mit einem Gehäuse 11, das aus zwei Halbschalen zusammengesetzt ist. Der Leitungsschutzschalter 1 besitzt ein schematisch dargestelltes Schaltschloss 13 mit einer Verklinkungsstelle (nicht dargestellt). Der Leitungsschutzschalter besitzt einen beweglich verschwenkbaren Schaltknauf 20, der in Wirkverbindung mit dem Schaltschloss 13 steht. Das Schaltschloss 12 steht in Wirkverbindung mit einem verschwenkbar gelagerten Kontakthebel 14. An dem Kontakthebel 14 ist ein sogenanntes bewegliches Kontaktstück 15 angebracht, das mit einem feststehenden Kontaktstück 16 eine Kontaktstelle bildet. Das feststehende Kontaktstück 16 befindet sich auf einem Teilstück eines bogenförmigen Leiterstücks, das auch als Lichtbogenhorn 17 bezeichnet wird. Beim Öffnen der Kontaktstelle entsteht ein Lichtbogen, dessen einer Fußpunkt über das Lichtbogenhorn 17 zu einer Lichtbogenleitschiene 18 geführt wird, auf die er überspringt und dann in eine Lichtbogenlöschkammer, schematisch unter Bezugsziffer 19 angedeutet, geführt wird.
-
Dem beweglichen Kontakthebel 14 ist ein Magnetsystem 12 zugeordnet, das einen beweglichen Anker 4 aufweist, der mit einem Schlagstift 21 verbunden ist. Bei Anstehen eines Kurzschlussstromes bewegt sich der Anker 4 mit dem Schlagstift 21 in Pfeilrichtung P, trifft auf den Kontakthebel 14 und schlägt diesen auf. Gleichzeitig wirkt der Schlagstift auf das Schaltschloss zur Entklinkung der Verklinkungsstelle im Schaltschloss.
-
Das Magnetsystem 12 besitzt einen feststehenden Kern 3 und ein Spulenrohr 22, in welches der feststehende Kern 3 eingreift. Innerhalb des Spulenrohres 22 ist der bewegliche Anker 4 vorgesehen, und um das Spulenrohr ist im Bereich eines Teils des Kerns 3 und des Ankers 4 eine Spule 8 herumgewickelt. Zwischen dem Kern 3 und dem Anker 4 befindet sich ein Arbeitsluftspalt 6 und eine Fesselfeder 7. Der Kern 3 besitzt dazu eine sacklochartige Ausnehmung, in der die Fesselfeder 7, hier eine Zylinderdruckfeder, mit ihrem einen Ende aufgenommen und gehalten ist.
-
Der Kern 3 ist an dem kurzen Schenkel 23 eines L-förmigen Joches 5 befestigt, dessen langer Schenkel 24 parallel zur Längserstreckungsrichtung des Spulenrohres 22 und parallel zu diesem verläuft, wobei die Windungen der Spule 8 in dem Zwischenraum zwischen dem Spulenrohr 22 und dem Joch 5 verlaufen.
-
An dem kurzen Schenkel 23 des Joches 5 ist ein weiterer Metallstreifen 25 befestigt, der parallel zu dem kurzen Schenkel 23 nach unten verläuft und in das oben erwähnte Lichtbogenhorn 17 übergeht.
-
Der feststehende Kern 3, der kurze Schenkel 23 und der weitere Metallstreifen 25 haben eine zentrale Bohrung, in der der Schlagstift 21 verschieblich geführt ist. Der feststehende Kern 3 ist somit zur Führung des Schlagstifts 21, als Lager für die Fesselfeder 7 und als Anschlag des beweglichen Ankers 4 ausgeführt.
-
Der magnetische Kreis des Magnetsystems 12 ist gebildet aus dem beweglichen Anker 4, dem feststehenden Kern 3, dem Joch 5 und dem Arbeitsluftspalt 6. Das Joch 5 und der bewegliche Anker 4 bestehen aus einem magnetischen Material, beispielsweise aus Eisen. Das in der Spule 8 erzeugte magnetische Feld wird bei Strömen im Bereich des magnetischen Ansprechwertes durch den magnetischen Kreis geführt und erzeugt eine Kraft auf den Anker 4, die vom Anker 4 in Pfeilrichtung P auf den feststehenden Kern 3 hin gerichtet ist und den Anker 4 auf den feststehenden Kern 3 hin beschleunigen möchte. Entsprechend der geforderten Charakteristik des Auslösers wird der Anker 4 durch die Fesselfeder 7 in seiner Ausgangsposition gehalten und läuft erst nach Überschreiten des magnetischen Ansprechstromes los. Die unterschiedlichen Auslösecharakteristiken werden durch den Einsatz unterschiedlicher Fesselfedern realisiert.
-
Der feststehende Kern 3 in der Ausführungsform nach 1 besteht aus einem nicht-magnetischen Material, zum Beispiel Messing, Kupfer oder Kunststoff. Dadurch wird in den magnetischen Kreis eine Art magnetischer Zusatz-Luftspalt eingefügt. Dies führt bei Strömen im Bereich des magnetischen Ansprechwerts zu einem zusätzlichen Streufluss und somit zu einer verringerten Kraftwirkung auf den beweglichen Anker 4, der aus Eisen besteht. Um den gleichen Ansprechwert wie bei einem Magnetsystem mit Eisenkern zu erhalten, wird die verringerte Kraftwirkung dadurch kompensiert, dass die den Anker fesselnde Gegenkraft reduziert wird, also eine schwächere Feder 8 eingesetzt wird, als sie es bei einem herkömmlichen Kern aus magnetischem Material wäre.
-
Damit ist es möglich, unterschiedliche Charakteristiken durch die Variation dieses zusätzlichen magnetischen Zusatz-Luftspalts bei gleichbleibenden Fesselfedern, mit möglichst geringen Kräften, zu erreichen.
-
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Magnetsystems nach 1 liegt in der beschleunigten Ankerbewegung im Falle hoher Kurzschlussströme. In diesem Fall befindet sich der komplette magnetische Kreis bereits nach kurzer Zeit zum großen Teil in Sättigung, so dass das Magnetfeld ohnehin aus dem Eisen austritt. Die magnetische Kraftwirkung auf den beweglichen Eisen-Anker 4 ist dabei weitgehend unabhängig davon, ob der Kern aus Eisen oder Nichteisen besteht. Die zur Beschleunigung des Ankers 4 verfügbaren Kräfte unterscheiden sich daher nur geringfügig. Da jedoch die Fesselkraft bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform wegen des nicht-magnetischen Kerns geringer ist, kann der Anker 4 früher loslaufen, besser beschleunigen und damit das Kontaktsystem 15, 16 früher und schneller geöffnet werden, was zu einer schnelleren Strombegrenzung und damit zu einem verbesserten Schaltvermögen führt.
-
In der Ausführungsform gemäß 2 besteht der feststehende Kern 3 teilweise aus einem nicht magnetischen Material. Ein Teil 10 des Kerns 3, derjenige Teil, an dem der kurze Schenkel 23 des Jochs 5 befestigt ist, besteht aus magnetischem Material. Ein zweiter Teil 9 des Kerns 3, derjenige Teil, der dem beweglichen Anker 4 zugewandt ist, besteht aus einem nicht-magnetischen Material.
-
Auch das Joch 5 kann zumindest teilweise aus nicht magnetischem Material bestehen. Damit wird die Kraftwirkung beim magnetischen Ansprechen weiter verringert und die Kraft der eingesetzten Fesselfeder wird weiter reduziert, was eine noch höhere Beschleunigung des Ankers auf den Kern hin erlaubt.
-
Für den Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die Einzelheiten der vorstehenden veranschaulichenden Ausführungsform beschränkt ist, und daß die vorliegende Erfindung in anderen speziellen Formen ausgeführt werden kann, ohne daß von wesentlichen Attributen derselben abgewichen wird, und es ist daher erwünscht, daß die vorliegenden Ausführungsformen in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nichtbeschrankend betrachtet werden. Bezugszeichenliste
| 1 | Leitungsschutzschalter |
| 2 | Magnetischer Kreis |
| 3 | Feststehender Kern |
| 4 | Beweglicher Anker |
| 5 | Joch |
| 6 | Arbeitsluftspalt |
| 7 | Fesselfeder |
| 8 | Spule |
| 9 | Nicht-magnetischer Teil des Ankers |
| 10 | Magnetischer Teil des Ankers |
| 11 | Isolierstoffgehäuse |
| 12 | Magnetsystem |
| 13 | Schaltschloss |
| 14 | Kontakthebel |
| 15 | Bewegliches Kontaktstück |
| 16 | Feststehendes Kontaktstück |
| 17 | Lichtbogenhorn |
| 18 | Lichtbogenleitschiene |
| 19 | Lichtbogenlöschraum |
| 20 | Schaltknebel |
| 21 | Schlagstift |
| 22 | Spulenrohr |
| 23 | Kurzer Schenkel des Joches |
| 24 | Langer Schenkel des Joches |
| 25 | Weiterer Metallstreifen |
-
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 102005044230 A1 [0006]
