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Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Auslöser für ein elektromechanisches Schaltgerät mit einem Anker, der von einem Magnetjoch umgeben ist und in Wirkverbindung zu einem Stößel steht, wobei der Stößel von einer Magnetspule, die innerhalb des Magnetjochs angeordnet ist, umgeben ist.
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Derartige elektromagnetische Auslöser werden beispielsweise in Leistungsschaltern oder in Leitungsschutzschaltern verwendet. Leitungsschutzschalter besitzen einen elektromagnetischen und einen thermischen Auslöser, von denen der thermische Auslöser bei Auftreten eines Überstroms und der elektromagnetische Auslöser bei Auftreten eines Kurzschlussstroms zur Ausschaltung des Schaltgeräts beitragen. Während der thermische Auslöser lediglich auf eine Verklinkungsstelle innerhalb eines Schaltschlosses, das mit einem beweglichen Kontakthebel gekoppelt ist, zu deren Entklinkung einwirkt, öffnet der elektromagnetische Auslöser bei Auftreten eines Kurzschlussstromes den Kontakthebel unmittelbar durch Aufschlagen. Gleichzeitig betätigt der elektromagnetische Auslöser auch das Schaltschloss, damit das Schaltgerät geöffnet bleibt.
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Elektromagnetische Auslöser besitzen üblicher Weise ein zu einer Kastenform gebogenes Joch, das eine Spule, einen Magnetanker und einen Magnetkern umgibt, wobei der Magnetanker und der Magnetkern innerhalb eines Spulenkörpers aufgenommen sind. Der Magnetkern ist dabei als eigenständiges Drehteil am Jochschenkel angebracht, der dem Kontakthebel zugewandt ist, damit bei Auftreten des Kurzschlussstromes der Kern mithilft, den Anker ins Innere der Spule hineinzuziehen, so dass der Schlagstift auf den Kontakthebel einwirken kann.
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Es sind zudem auch Klappankerauslöser bekannt geworden, bei denen ein Magnetjoch, ein die Spule durchgreifender Kern und ein das Magnetjoch und den Kern überdeckender, drehbeweglich aufgelagerter Klappanker vorgesehen sind. Diese Klappankersysteme zur Entklinkung eines Schaltschlosses des Leitungsschutzschalters im Überlastbereich entwickeln eine relativ geringe Auslösekraft, so dass zur Gewährleistung der Funktion des Gerätes möglichst kleine Fertigungstoleranzen bei freiem Weg, Luftspalt und Spulenlage erforderlich sind. Außerdem ist eine genaue Abstimmung zwischen Schlaganker und Klappanker erforderlich, damit einerseits der Schlaganker immer nach dem Klappanker anspricht, andererseits darf der Schlaganker auch nicht zu spät ansprechen.
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Das technische Problem derartiger Auslöser besteht darin, dass die Auslösegrenze des Auslösers mittels Stellfeder beziehungsweise eines Stellsystems bestimmt wird, so dass der Wert der Auslösegrenze von der Toleranz beziehungsweise Stabilität der Federparameter abhängig ist.
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Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen elektromagnetischen Auslöser für ein elektromechanisches Schaltgerät zu schaffen, bei welchem die Rückstellkraft unabhängig von der Federkraft ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektromagnetischen Auslöser mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen elektromagnetischen Auslöser für ein elektromechanisches Schaltgerät gelöst mit einem Anker, der von einem Magnetjoch umgeben ist und in Wirkverbindung zu einem Stößel steht, wobei der Stößel von einer Magnetspule, die innerhalb des Magnetjochs angeordnet ist, umgeben ist. Die Erfindung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass ein Gegenanker fest mit dem Stößel verbunden ist.
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Durch Einsatz eines Differentialankersystems kann erfindungsgemäß die Abhängigkeit von der Federkraft, die den Anker in der Position „aus“ hält, erheblich reduziert werden. Dazu weist der Differentialanker einen Gegenanker auf, der fest mit dem Stößel verbunden ist und mit einer Kraft F2 gegen die Kraft F1 des Ankers anzieht. Die Differenz (F1 – F2) entspricht dabei beinahe der notwendigen Rückstellfederkraft FR und kann durch die Konstruktion beliebig gewählt werden, wobei sie über die Lebenserwartung des Schaltgeräts stabil bleibt. Die Rückstellfederkraft FR wird nur für die Rückstellfunktion ausgelegt und leistet keinen entscheidenden Beitrag für die Bestimmung der Auslösegrenze. Die Differenz (F1 – F2) steigt mit dem Strom und kann für entsprechende Auslösewerte gewählt werden.
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Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass im Auslösefall der Anker mit der Kraft F1 auf den Stößel wirkt, der der Gegenanker mit einer Kraft F2 entgegenwirkt. Durch die Positionierung eines Gegenankers am Stößel wird die Abhängigkeit von der Federkraft der Rückstellfeder minimiert. Auf diese Art und Weise wird ein zuverlässiges Rückstellsystem geschaffen, das nicht mehr von der Veränderung der Federparameter abhängig ist.
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Daraus kann sich erfindungsgemäß weiterhin ergeben, dass die Differenz aus (F1 – F2) im Wesentlichen der Rückstellfederkraft FR entspricht. Durch die Umlagerung der Rückstellfederkraft FR im Wesentlichen auf F2 wird die Abhängigkeit von der Federkraft minimiert.
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Es kann sich des Weiteren erfindungsgemäß ergeben, dass die Differenz (F1 – F2) mit steigendem Strom zunimmt. Dies liegt im Wesentlichen daran, dass bei steigendem Strom die Kraft F1 stärker zunimmt als die Kraft F2.
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In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kraft F2 von den geometrischen Maßen des Gegenankers abhängig ist. Der erfindungsgemäße Gegenanker kann durch seine entsprechende Konstruktion an die entsprechenden Gegebenheiten eines Schaltgeräts angepasst werden. Dies führt dazu, dass das erfindungsgemäße Konzept über alle Baugrößen Anwendung finden kann und nachgerüstet werden kann.
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Es kann ein weiteres Konzept der Erfindung darin bestehen, dass der Stößel unterhalb des Gegenankers von einem Zylinder umgeben ist. Der Zylinder kann in einer Kunststoffhalterung fixiert sein und ist vorzugsweise elektrisch isoliert ausgeführt.
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Des Weiteren kann ein Konzept darin bestehen, dass der Stößel oberhalb des Gegenankers von einem Zylinderkern umgeben ist. Ebenso wie der Zylinder kann auch der Zylinderkern in einer Kunststoffhalterung fixiert sein und elektrisch isoliert ausgeführt sein.
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In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht eine mögliche Weiterbildung der Erfindung darin, dass der Stößel eine Stufe aufweist, durch welche die genaue Distanz zwischen Zylinderkern und Gegenanker bestimmt wird. Diese Distanz zwischen Zylinderkern und Gegenanker wirkt sich dabei direkt auf die Kraft F2 aus.
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Ein weiteres Konzept der Erfindung kann darin bestehen, dass der Stößel aus Kunststoff gefertigt ist. Zudem kann er vorzugsweise nicht magnetisch und elektrisch isolierend sein.
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Der erfindungsgemäße elektromagnetische Auslöser kann vorzugsweise in einem Leistungsschalter oder in einem Leitungsschutzschalter Anwendung finden.
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Der erfindungsgemäße elektromagnetische Auslöser für ein elektromagnetisches Schaltgerät, insbesondere für einen Leistungsschalter oder einen Leitungsschutzschalter weist einen Anker auf, der von einem Magnetjoch umgeben ist und in Wirkverbindung zu einem Stößel steht, wobei der Stößel von einer Magnetspule, die innerhalb des Magnetjochs angeordnet ist, umgeben ist. Mit dem Stößel ist ein Gegenanker fest verbunden, vorzugsweise ist der Gegenanker am Stößel eingepresst. Unterhalb des Gegenankers ist der Stößel von einem Zylinder umgeben, der in einer Kunststoffhalterung fixiert ist. Oberhalb vom Gegenanker ist der Stößel von einem Zylinderkern umgeben, der vorzugsweise ebenfalls in einer Kunststoffhalterung fixiert sein kann. Vorzugsweise ist in den Stößel eine Stufe integriert, die die genaue Distanz zwischen Zylinderkern und Gegenanker bestimmt. Im Auslösefall wirkt die Kraft F1 über den Anker auf den Stößel. Dieser Kraft F1 wirkt eine Kraft F2 entgegen, die vom Gegenanker ausgeht. Die Differenz (F1 – F2) entspricht dabei fast der Rückstellfederkraft FR.
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Der erfindungsgemäße elektromagnetische Auslöser für ein elektromechanisches Schaltgerät zeichnet sich dadurch aus, dass durch Verwendung eines Differentialankersystems die Abhängigkeit von einem Rückstellfedersystem erheblich minimiert werden konnte. Das verwendete Differentialankersystem arbeitet dabei zuverlässig über die komplette Lebensdauer des Schaltgeräts. Die bisherige Abhängigkeit von Federparametern, die sich im Laufe der Zeit durch Alterungsprozesse ändern können, ist durch die vorliegende Erfindung erheblich minimiert worden. Zudem ergibt sich eine nennenswerte Kostenersparnis, da nicht mehr auf mechanisch besonders stabile Federelemente zurückgegriffen werden muss.
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Weitere Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 in einer schematischen Darstellung einen elektromagnetischen Auslöser aus dem Stand der Technik mit einem Rückstellfedersystem;
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2 in einer schematischen Darstellung einen erfindungsgemäßen elektromagnetischen Auslöser mit einem mit dem Stößel fest verbundenen Gegenanker im nicht ausgelösten Zustand;
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3 in einer schematischen Darstellung der erfindungsgemäße elektromagnetische Auslöser nach 2 im ausgelösten Zustand;
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4 in einem Kraft-Stromdiagramm die Entwicklung der Kraft F1, die im Auslösefall vom Anker auf den Stößel wirkt, und der Kraft F2, die der Kraft F1 entgegenwirkt, bei steigendem Strom.
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1 zeigt einen elektromagnetischen Auslöser aus dem Stand der Technik mit einem Anker 100, der von einem Magnetjoch 200 umgeben ist und in Wirkverbindung zu einem Stößel 300 steht, wobei der Stößel 300 von einem Magnetkern 400 und der Magnetkern 400 von einer Magnetspule 500 innerhalb des Magnetjochs 200 umgeben ist. Der Stößel 300 wird von einem Rückstellfedersystem 600 von unten beaufschlagt.
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Für das Rückstellfedersystem 600 werden Federn mit einer besonderen mechanischen Stabilität verwendet, womit erhöhte Herstellungskosten einhergehen. Das Rückstellfedersystem 600 kann auch aus einer Mehrzahl an Federn bestehen, die mit unterschiedlichen Kraftwerten eine variable Verwendung in den jeweiligen elektromagnetischen Auslösern ermöglichen.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Auslösers für ein elektromechanisches Schaltgerät, insbesondere für einen Leistungsschaltung oder einen Leitungsschutzschalter dargestellt. Der elektromagnetische Auslöser weist einen Anker 1 auf, der von einem Magnetjoch 2 umgeben ist und in Wirkverbindung zu einem Stößel 3 steht, wobei der Stößel 3 von einer Magnetspule 4, die innerhalb des Magnetjochs 2 angeordnet ist, umgeben ist. Mit dem Stößel 3 ist ein Gegenanker 5 fest verbunden, vorzugsweise ist der Gegenanker 5 am Stößel 3 eingefräst. Unterhalb des Gegenankers 5 ist der Stößel 3 von einem Zylinder 6 umgeben, der in einer Kunststoffhalterung fixiert sein kann. Oberhalb vom Gegenanker 5 ist der Stößel 3 von einem Zylinderkern 7 umgeben, der vorzugsweise ebenfalls in einer Kunststoffhalterung fixiert sein kann. Vorzugsweise ist in den Stößel 3 eine Stufe 8 integriert, die die Distanz zwischen Zylinderkern 7 und Gegenanker 5 bestimmt. Im Auslösefall wirkt eine Kraft F1 über den Anker 1 auf den Stößel 3. Dieser Kraft F1 wirkt eine Kraft F2 entgegen, die vom Gegenanker 5 ausgeht. Die Differenz (F1 – F2) entspricht dabei fast der Rückstellfederkraft FR.
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3 zeigt den erfindungsgemäßen elektromagnetischen Auslöser im ausgelösten Zustand. Aus der 3 geht hervor, dass die Stufe 8 des Stößels 3 den Gegenanker 5 im ausgelösten Zustand mitnimmt und auf den Zylinder 6 zuführt.
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In 4 ist ein Kraft-Stromdiagramm dargestellt, welches die Entwicklung der Kraft F1, die im Auslösefall vom Anker 1 auf den Stößel 3 wirkt, und der Kraft F2, die der Kraft F1 entgegen wirkt, bei steigendem Strom darstellt. Aus diesem Diagramm geht hervor, dass die Kraft F1 bei steigendem Strom schneller wächst als die Kraft F2. Die Kraft F2 kann jedoch durch die Größe des Gegenankers 5 beeinflusst werden. Die im Diagramm eingezeichneten Angaben 13 × In bzw. 15 × In sind Normen, die den normativen Strom kennzeichnen.
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Der erfindungsgemäße elektromagnetische Auslöser für ein elektromechanisches Schaltgerät zeichnet sich dadurch aus, dass durch Verwendung eines Differentialankersystems die Abhängigkeit von einem Rückstellfedersystem erheblich minimiert werden konnte. Das verwendete Differentialankersystem arbeitet dabei zuverlässig über die komplette Lebensdauer des Schaltgeräts. Die bisherige Abhängigkeit von Federparametern, die sich im Laufe der Zeit durch Alterungsprozesse ändern können, ist durch die vorliegende Erfindung erheblich minimiert worden. Zudem ergibt sich eine nennenswerte Kostenersparnis, da nicht mehr auf mechanisch besonders stabile Federelemente zurückgegriffen werden muss.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Anker
- 200
- Magnetjoch
- 300
- Stößel
- 400
- Magnetkern
- 500
- Magnetspule
- 600
- Rückstellfedersystem
- 1
- Anker
- 2
- Magnetjoch
- 3
- Stößel
- 4
- Magnetspule
- 5
- Gegenanker
- 6
- Zylinder
- 7
- Zylinderkern
- 8
- Stufe
