-
Die Erfindung betrifft einen Magnetauslöser mit reduzierter Auslöseenergie, zumindest umfassend ein eine Ankeröffnung aufweisendes Joch, in welchem ein axial verschiebbarer Anker platziert ist, der partiell von einem Kern und partiell von einem Spulenkörper mit Erregerspule umschlossen wird und durch die Kraft eines vorgespannten Federelements beaufschlagt ist, wobei der Anker bei unbestromter Erregerspule durch die Magnethaltekraft mindestens eines zwischen Joch und Kern liegenden Permanentmagneten in einer ersten Endlage verharrt und der die zweite Endlage des Ankers durch kurzzeitige Bestromung der Erregerspule mit der damit einhergehenden Absenkung der Magnethaltekraft und der dabei wirksamen Federkraft erreicht wird.
-
Magnetauslöser oder bistabile Auslösemagnete werden in vielfältigen Varianten in Leistungsschaltern und anderen Geräten eingesetzt. Hierzu gibt es vorbekannte Lösungen, die in den Druckschriften
US 3 922 957 Fluxtransfer trip device for a circuit breaker,
CA 0227 1327 ,
US 3 893 052 Shockresistant indicating device,
US 3 792 390 Magnetic actuator device,
US 6 646 529 electromagnetic release,
US 5 387 892 permanent magnet release solenoid,
JP 2005 166 429 release type electromagnetic solenoid,
JP 2005 268 031 release type electromagnetic solenoid oder
JP 2005 340 703 release type electromagnetic solenoid ihren Niederschlag finden.
-
Ein gattungsgemäßer Magnetauslöser gemäß dem Oberbegriff der vorliegenden Erfindung wird in einem Leistungsschalter eingesetzt, der schon seit mehreren Jahren auf dem Markt ist. Der Auslöser erfüllt im Wesentlichen alle funktionalen und sicherheitstechnischen Anforderungen und wird seit mehreren Jahren in großer Stückzahl gefertigt und eingesetzt.
-
Der Gegenstand der
DE 10 2009 030 479 offenbart einen Magnetauslöser, welche die erforderliche Auslöseenergie gegenüber anderen auf dem Markt befindlichen Magnetauslösern bereits deutlich senkt.
-
Der Stand der Technik wird auch von einem weiteren Magnetauslöser gebildet, welcher für eine hohe Fertigungssicherheit bei den Einzelteilen ausgelegt ist. Die magnetischen Parameter liegen jedoch sehr dicht an den zulässigen Grenzwerten, sodass es in der Fertigung regelmäßig zu Ausfällen kommt. Das ist zwingend zu vermeiden und kann mit dem bestehenden Design unter den gegebenen Randbedingungen nicht gelöst werden.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht mithin darin, einen Magnetauslöser mit reduzierter Auslöseenergie vorzuschlagen, mit dem die zur Verfügung stehende Auslöseenergie eine sicherere Funktion gewährleistet und Ausfälle ausschließt.
-
Nach der Konzeption der Erfindung umfasst der Magnetauslöser mit reduzierter Auslöseenergie zumindest ein eine Ankeröffnung aufweisendes Joch, in welchem ein axial verschiebbarer Anker platziert ist, der partiell von einem Kern und partiell von einem Spulenkörper mit Erregerspule umschlossen wird und durch die Kraft eines vorgespannten Federelements beaufschlagt ist, wobei der Anker bei unbestromter Erregerspule durch die Magnethaltekraft mindestens eines zwischen Joch und Kern liegenden Permanentmagneten in einer ersten Endlage verharrt und der die zweite Endlage des Ankers durch kurzzeitige Bestromung der Erregerspule mit der damit einhergehenden Absenkung der Magnethaltekraft und der dabei wirksamen Federkraft erreicht wird. Kennzeichnend für diese Erfindung ist, dass
- • der Spulenkörper und der Kern koaxial zur Längsachse des Ankers unmittelbar hintereinander platziert sind, wobei der Spulenkörper und der Kern jeweils eine Gleitführung ausbilden, durch die der Anker zentriert geführt ist,
- • der Kern einen Kragen aufweist, welcher passfähig zu einer Ausnehmung des Spulenkörpers ausgebildet ist, wobei der Kern und der Spulenkörper im Koppelbereich von Kragen und Ausnehmung komplementär ineinandergreifen,
- • durch die Integration der Funktionen Gleitführung und Flussleitung in den hoch permeablen Kern ein großflächiger magnetischer Schluss bei minimiertem Luftspalt zwischen Kern und Anker ermöglicht wird.
-
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der Spulenkörper und der mit ihm im Koppelbereich in Eingriff stehende Kern zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Stirnseiten des Jochs verspannt, wodurch die Längsachse des Spulenköpers vertikal auf der Stirnfläche des Jochs steht und dadurch der vom Spulenkörper und Kern zentriert geführte Anker in einer Endlage plan auf der Stirnseite des Jochs aufliegt.
-
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Verspannung des Spulenkörpers und des Kerns durch ein elastisches Element erzeugt wird, welches zwischen dem Kern und der zweiten Stirnseite des Jochs angeordnet ist.
-
Im Sinne der Erfindung kann die Bohrung im Kern asymmetrisch platziert sein und/oder der Kern ist asymmetrisch im Joch angeordnet.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Spulenkörper oder der Kern im Koppelbereich von Kern und Spulenkörper eine Rippe aufweist.
-
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Ausfallrate in der Fertigung reduziert und Spätausfälle im Betrieb nach langer Zeit vermieden werden. Zudem wird die Funktionssicherheit erhöht, indem die wesentlichen Parameter, nämlich Auslöseenergie und Schocksicherheit, deutlich werter von den erforderlichen Grenzen entfernt sind, als das bei den aus dem Stand der Technik vorbekannten Auslösemagneten der Fall ist. Somit reduziert sich die Ausfallwahrscheinlichkeit während des Betriebs stark. Die Auslösemagnete können im kritischen Kurzschlussfall zuverlässiger bzw. ausreichend schnell abschalten.
-
Des Weiteren kann durch den erfindungsgemäßen Auslösemagneten die Auslösesicherheit erhöht werden, d. h. die Auslöseparameter, also die Auslösespannung am gegebenen Kondensator und die magnetische Haltekraft, liegen deutlich weiter von den zulässigen Grenzwerten entfernt. Die Wahrscheinlichkeit für Grenzwertüberschreitung sinkt deutlich. Durch die höhere Magnethaltekraft erhöht sich zusätzlich auch die Schocksicherheit des Auslösemagneten.
-
Der Magnetkreis konnte hinsichtlich Haltekraft und Auslöseenergie erfindungsgemäß optimiert werden. Dazu war der magnetische Widerstand insbesondere zwischen Anker und Kern zu reduzieren. Der für die Haltekraft erforderliche magnetische Fluss durch den Anker kommutiert dann bei bestromter Erregerspule deutlich leichter in den Bypasskreis. Die wesentliche konstruktive Änderung spiegelt sich in der Form des Kerns wieder. Für eine preisgünstige Fertigung wird gezogener Stahl, vorzugsweise in quadratischer Formgebung, als Halbzeug benutzt. Um den gewünschten Bypassfluss zu erzeugen und ausreichend Platz für die Kontaktierung des Spulendrahtes zu lassen, wird dieser Kern exzentrisch montiert. Er erhält vorzugsweise eine exzentrische Bohrung. Alternativ ist auch ein gesintertes, gefrästes oder geschmiedetes Teil denkbar.
-
Bei einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Kern eine Bohrung, die nur geringfügig größer als der Spulenkörper ist. Dadurch kommt es nur zum Kontakt zwischen Spulenkörper und Kern, also zur Paarung Kunststoff und Metall. Dies vermeidet metallische Reibung und führt zu geringerem Verschleiß. Bevorzugt jedoch ist die Bohrung des Kerns kleiner als die obere Öffnung des Spulenkörpers ausgebildet. Der Spulenkörper kann dadurch konisch ausgeformt werden. Damit wird der Anker durch die untere Öffnung des Spulenkörpers und die Bohrung im Kern präzise geführt. Der Anker und der Kern haben dabei metallischen Kontakt, sofern nicht nichtmetallische Beschichtungen vorgesehen sind.
-
Beiden vorgenannten Ausgestaltungen ist gemeinsam, dass der Spulenkörper mit dem Kern fest auf die untere Stirnseite des Jochs gepresst wird. Das führt dazu, dass der Anker nunmehr plan auf der Stirnseite des Jochs stehen und nicht verkippen kann, wodurch ein stabiles Auslöseverhalten erzielt wird. Für die erforderliche Anpresskraft ist das bereits erwähnte Federelement vorgesehen, welches elastische Eigenschaften aufweist.
-
Die Ziele und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, von denen zeigen:
-
1.1: einen schematischen Längsschnitt des Magnetauslösers,
-
1.2: einen schematischen Querschnitt des Magnetauslösers im Bereich des Kerns und
-
2.1 bis 2.3: jeweils eine schematische Darstellung der Rippe.
-
Die 1.1 illustriert einen schematischen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Magnetauslösers 1 mit reduzierter Auslöseenergie. Der Magnetauslöser 1 umfasst ein eine Ankeröffnung aufweisendes Joch 12 mit zwei sich gegenüberliegenden Stirnseiten 12.1 und 12.2. Im Joch 12 ist ein axial verschiebbarer Anker 10 platziert, der partiell von einem Kern 5 und partiell von einem Spulenkörper 11 mit Erregerspule 11.1 umschlossen wird und durch die Kraft eines vorgespannten Federelements 2 beaufschlagt ist. Der Anker 10 verharrt bei unbestromter Erregerspule 11.1 durch die Magnethaltekraft mindestens eines zwischen dem Joch 12 und dem Kern 5 liegenden Permanentmagneten 6 in einer ersten Endlage, wobei die zweite Endlage des Ankers 10 durch die kurzzeitige Bestromung der Erregerspule 11.1 mit der damit einhergehenden Absenkung der Magnethaltekraft und der dabei wirksamen Federkraft erreicht wird. Erfindungsgemäß sind der Spulenkörper 11 und der Kern 5 koaxial zur Längsachse des Ankers 10 unmittelbar hintereinander platziert, wobei der Spulenkörper 11 und der Kern 5 jeweils eine Gleitführung ausbilden, durch die der Anker 10 zentriert geführt ist. Der Kern 5 weist einen Kragen 8 auf, welcher passfähig zu einer Ausnehmung 9 des Spulenkörpers 11 ausgebildet ist, wobei der Kern 5 und der Spulenkörper 11 im Koppelbereich von Kragen 8 und Ausnehmung 9 komplementär ineinandergreifen. Durch die Integration der Funktionen Gleitführung und Flussleitung in den hoch permeablen Kern 5 wird ein großflächiger magnetischer Schluss bei minimiertem Luftspalt zwischen dem Kern 5 und dem Anker 10 ermöglicht. Wesentlich ist außerdem, dass der Spulenkörper 11 und der mit ihm im Koppelbereich in Eingriff stehende Kern 5 zwischen den beiden Stirnseiten 12.1, 12.2 des Jochs 12 verspannt sind. Die Verspannung des Spulenkörpers 11 und des Kerns 5 wird dabei durch ein elastisches Element 4 erzeugt, welches zwischen dem Kern 5 und der zweiten Stirnseite 12.2 des Jochs 12 angeordnet ist. Dadurch steht die Längsachse 14 des Spulenköpers 11 vertikal auf der Stirnfläche 12.1 des Jochs 12 und der vom Spulenkörper 11 und Kern 5 zentriert geführte Anker 10 liegt in einer Endlage plan auf der Stirnseite 12.1 des Jochs 12 auf.
-
Die 1.2 zeigt einen schematischen Querschnitt des Magnetauslösers im Bereich des Kerns 5. Wie ersichtlich, ist einerseits der Kern 5 asymmetrisch im Joch 12 angeordnet und andererseits die (Anker)-Bohrung im Kern asymmetrisch ausgebildet. Durch die asymmetrische Anordnung des Kerns 5 bilden sich zwischen den einzelnen Seiten des Kerns 5 und dem Joch 12 unterschiedlich große Spaltmaße aus. Durch die asymmetrische Ausrichtung des Kerns 5 im Joch 12 können sowohl die erforderlichen Magnetabmessungen angepasst als auch der Bypassfluss gezielt geführt werden. Wie ersichtlich, entsteht durch die asymmetrische Anordnung zumindest ein größerer Spalt, der als Freiraum 13 für elektrische Anschlüsse genutzt wird. Der zwischen dem Kern 5 und dem Anker 10 sich ausbildende Spalt ist entsprechend mit dem Bezugszeichen 7.1 gekennzeichnet.
-
Die 2.1 bis 2.3 zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Rippe 3, die im dargestellten Beispiel unmittelbar am Spulenkörper 11 im Koppelbereich von Kern 5 und Spulenkörper 11 ausgebildet ist. Die Rippe 3 erstreckt sich dabei parallel zu den Seitenkanten des Spulenkörpers 11 zentral über dem Durchmesser des in den 1.1 und 1.2 gezeigten Ankers 10. Durch die Ausbildung einer derartigen Rippe 3 ist sichergestellt, dass der Kern 5 während des Montagevorgangs gegenüber dem Spulenkörper 11 geringfügig verkippt werden kann, um einerseits eine exakte Ausrichtung des Kerns 5 auf den in der 1.1 gezeigten Permanentmagneten 6 und andererseits die plane Auflage des Spulenkörpers 11 auf der unteren Stirnseite 12.1 des Jochs 12 zu gewährleisten.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Magnetauslöser
- 2
- Federelement
- 3
- Rippe
- 4
- elastisches Element
- 5
- Kern
- 6
- Permanentmagnet
- 7
- Spalt
- 7.1
- Spalt A
- 7.2
- Spalt B
- 8
- Kragen
- 9
- Ausnehmung
- 10
- Anker
- 11
- Spulenkörper
- 11.1
- Erregerspule
- 12
- Joch
- 12.1
- Stirnseite
- 12.2
- Stirnseite
- 13
- Freiraum für Anschlüsse
- 14
- Längsachse
-
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
-
- US 3922957 [0002]
- CA 02271327 [0002]
- US 3893052 [0002]
- US 3792390 [0002]
- US 6646529 [0002]
- US 5387892 [0002]
- JP 2005166429 [0002]
- JP 2005268031 [0002]
- JP 2005340703 [0002]
- DE 102009030479 [0004]
