DE2712284A1

DE2712284A1 - Sicherungsautomat fuer elektrische anlagen

Info

Publication number: DE2712284A1
Application number: DE19772712284
Authority: DE
Inventors: Yasuo Kasahara
Original assignee: TOKYO KINZOKU CO Ltd
Current assignee: TOKYO KINZOKU CO Ltd
Priority date: 1976-03-26
Filing date: 1977-03-21
Publication date: 1977-09-29
Also published as: DE2712284B2; GB1536834A; JPS52116875A; JPS5412629B2; US4124831A

Description

Sicherungsautomat für elektrische Anlagen

Sicherungsautomaten werden in elektrischen Stromkreisen benötigt, um den Stromfluß schnell zu unterbrechen, wenn ein Kurzschluß im Leitungssystem oder beim Verbraucher auftritt, um eine Zerstörung des Leitungsnetzes oder des gestörten Gerätes oder des Sicherungsautomaten selbst zu vermeiden. Es gibt bereits verschiedene Vorschläge, wie solche Sicherungsautomaten ausgebildet werden müssen, damit diese bei Auftreten eines solchen Kurzschlusses rasch schalten. Die üblichen Sicherungsautomaten enthalten einen Elektromagneten, dessen Wicklung in dem zu sichernden Stromkreis liegt und der beim Auftreten eines unzulässigen Oberstromes einen Anker anzieht, der eine im gleichen Stromkreis liegende Kontaktverbindung öffnet. Derartige Sicherungsautomaten sprechen sehr schnell an und lösen zuweilen ungewollt aus, z.B. bei Einschaltstromstößen von Maschinen und dgl. Es sind daher schon Sicherungsautomaten vorgeschlagen worden, die in der Lage sind, einem Oberstrom bis zu einer gewissen Größe für eine gewisse Zeit lang standzuhalten, bevor sie auslösen. Zur Erzielung des gewünschten Erfolges können thermische Wirkungen herangezogen werden, indem man beispielsweise die sich unter Erwärmung einstellende Entmagnetisierung eines Magnetankers heranzieht.

Die üblichen Sicherungsautomaten sind im allgemeinen recht kompliziert im Aufbau. Die kontaktgebenden Elemente sind dabei entweder selbstschließend unter Ausnutzung der Federkraft der Kontaktfedern selbst oder der Federkraft einer eigens vorgesehenen Vorspannfeder. Sollen die Kontaktdrücke, die von diesen Federkräften hervorgerufen werden, ausreichend

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groß sein, dann weisen diese Sicherungsautomaten den Nachteil auf, daß durch die Federkraft die Zeit beim öffnen des Sicherungskontaktes verlängert wird, d.h. der Kontakt reißt nicht genügend schnell auf. Die Folge davon sind relativ lang auftretende Lichtbogen, die zu einer Kontaktbeschädigung führen. Ist die Federkraft ausreichend klein, um ein schnelles öffnen der Kontaktverbindung zu ermöglichen, dann ist der Kontaktdruck nicht besonders hoch, was zu einer Erwärmung der Kontakte und somit wiederum auch zu deren Beschädigung führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden, d.h. einen Sicherungsautomaten anzugeben, der bei Erzielung eines hohen Kontaktdruckes außerdem sehr schnell öffnet.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines vollständigen Sicherungsautomaten, teilweise im Schnitt;

Fig. 2 eine Seitenansicht im Schnitt einer Einzelheit des Sicherungsautomaten nach Fig. 1, und

Fig. 3 bis 7 weitere Einzelheiten in perspektivischer Darstellung des Sicherungsautomaten nach Fig. 1.

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Der in t-ig. 1 dargestellte, im ganzen mit 1 bezeichnete Sicherungsautomat besteht aus einem spritzgegossenen Gehäuse 2 mit einem abgestuften Rand 3 zum Halten eines zugehörigen Deckels, zu dessen exakten Aufsätzen weiterhin Löcher 5 in dem Gehäuse 2 angeordnet sind. Zwei am Gehäuse 2 befestigte Halteelemente 4 dienen der Montage des Sicherungsautomaten 1 in einer Schalttafel (nicht dargestellt). Ein Knopf 6, der an der Vorderseite das Gehäuse 2 durchdringt, zeigt den Schaltzustand des Sicherungsautomaten an und dient dem manuellen Betätigen desselben, um ihn vom Auslösezustand wieder in die Bereitschaftsstellung zu bringen. Der Sicherungsautomat kann an diesem Knopf 6 weiterhin manuell ausgelöst werden. An der Rückseite des Gehäuses 2 sind elektrische Anschlußelemente 7 bis 10 angeordnet, von denen die Elemente 7 und 8 zum Einschalten des Sicherungsautomaten 1 in den zu sichernden Stromkreis dienen und die Elemente 9 und 10 dazu bestimmt sind, einen Signalkreis mit einer Alarmanlage F zu schließen, wenn der Sicherungsautomat 1 ausgelöst hat. 11 ist ein Isolator zwischen den Anschlußelementen 9 und 10.

Am freien, im Innern des Gehäuses 2 liegenden Ende 12 des Anschlußelements 7 ist ein elektrisch leitendes, weichmagnetisches Bauteil 13 mittels eines Niets 15 festgenietet, welches in mehrere Schleifen gelegt ist, die durch Zwischenlagen 14 aus Glimmer voneinander isoliert sind und insgesamt einen Magnetanker B für einen benachbarten Permanentmagneten M, der später noch erläutert wird, bilden. Das andere Ende des weichmagnetischen Bauteils 13 ist durch ein Loch 17 geführt, das am einen Ende eines ortsfesten Verbindungsleiters 16 ausgebildet ist, an welchem das Bauteil 13 durch Löten oder dgl. elektrisch leitend befestigt ist. Das Bauteil 13 und der Leiter 16 sind in ein Plastikspritzteil 18 eingegossen. Der Leiter 16 ist mit einem Kontaktträger 20

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verbunden, an welchem das feststehende Kontaktelement 19 des eigentlichen Schutzschalters A durch Löten, Nieten oder dgl. befestigt ist.

Am freien Ende 12 des Anschlußelements 7 ist eine Einstellschraube 21 angebracht, deren oberes Ende sich an einem Anschlag 24 abstützt, der an der Rückwand 22 des Gehäuses 2 ausgebildet ist. Mit dieser Einstellschraube 21 kann der Abstand des Magnetankers B in bezug auf den Permanentmagneten M eingestellt werden.

Alle Anschlußelemente 7 bis 10 sind in eine Sockelplatte 23 eingegossen (Fig. 3), die in eine entsprechende Ausnehmung der hinteren Gehäusewand 22 des Gehäuses 2 eingesetzt ist. In Fig. 3 ist mit 21' ein Gewindeloch bezeichnet, in das die Stellschraube 21 (Fig. 1) einschraubbar ist.

Fig. 4 zeigt eine bewegliche Blattfeder 25 der im ganzen mit C bezeichneten beweglichen Kontaktanordnung des Unterbrecherkontaktes A. Diese Feder 25 trägt das bewegliche Kontaktelement 26. Diese Feder 25 ist so angeordnet, daß das Kontaktelement 26 in Berührungskontakt mit dem feststehenden Kontaktelement 19 treten kann. Das bewegliche Kontaktelement 26 und das feststehende Kontaktelement 19 bilden zusammen den eigentlichen Schutzschalter A. Die Kontaktfeder 25 ist im ganzen als zweiarmiger Hebel ausgebildet. Ein freies Ende 27 dieses Hebels ragt in einen Schlitz 6¹ am Knopf 6 und ist auf diese Weise mit diesem gekuppelt. Wenn der Knopf 6 nach oben bewegt wird, öffnet sich der Schalter A. Ebenso wird der Knopf 6 von dem Schalter nach oben gedrückt, wenn dieser sich entsprechend seiner ihm zugedachten Funktion öffnet. An der Feder 25 ist am anderen Ende eine Lasche 2.8 senkrecht nach oben gebogen, in welcher ein Loch 29 ausgebildet ist. Durch dieses Loch 29 ragt das Ende einer Feder 30, welche an einem Halteelement D

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befestigt ist. Die Feder 30 steht unter einer Vorspannung, welche in Richtung des in Fig. 1 eingezeichneten Pfeiles gerichtet ist. Diese Federkraft wirkt der Kraft entgegen, die von dem Permanentmagneten M in später noch zu erläuternder Weise auf die Feder 25 ausgeübt wird.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Halteelements D für die Feder 30. Dieses Halteelement D besteht aus einer Grundplatte 31 mit zwei zylindrischen Zapfen 32 und 33, die von ihr senkrecht hochstehen. Der Zapfen 32 ist mit einem Cewindeloch 34 in der Mitte versehen. Auf der anderen Seite, gegenüber dem Zapfen 33, ragt von der Platte 31 ein Stift 35 weg. Das Halteelement D für die Feder 30 ist am Gehäuse 2 mittels einer Schraube 36 befestigt, die in das Gewindeloch 34 des Zapfens geschraubt ist. Der Stift 35 greift in eine Führungsnut 37 im Gehäuse 2. Die Feder 30 ist um die beiden Zapfen 32 und 33 herumgelegt. Ihre Vorspannung kann durch Verschwenken des Halteelements D gegenüber dem Gehäuse 2 nach Lösen der Befestigungsschraube 36 eingestellt werden.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Darstellung des Kipphebels E, welcher den Permanentmagneten M hält. Dieser Kipphebel E ist in seinem unteren Bereich 39 wie ein kleiner Kasten aufgebaut, er weist im Innern einen Hohlraum 40 zur Aufnahme des Permanentmagneten M (Fig. 7) auf.

Dieser Permanentmagnet M besteht gemäß Fig. 7 aus zwei Polschenkeln 42 und 43, die zu beiden Seiten eines Magnetelements 41 angeordnet sind. Das Magnetelement 41 und die beiden Polschenkel 42 und 43 sind in ein kleines Spritzgehäuse 44 eingegossen, welches in seiner Gestalt dem des Hohlraums 40 am Kipphebel E angepaßt ist. ^

Der Permanentmagnet M wird von dem Hohlraum 40 des Kipphebels E aufgenommen, in welchem es mit Hilfe eines Stiftes 47

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(Fig. 1) befestigt ist, der zwei Löcher 45 am Kipphebel ii und ein Loch 46 am Permanentmagneten M durchdringt. Der Permanentmagnet M ist etwas kleiner als der Hohlraum 40, so daß er in ihm leicht hin- und herschwenken kann. Am Hebel E ist weiterhin die Kontaktfederanordnung C von Fig. mittels eines Stiftes 53 (Fig. 1) angebracht, der entsprechende Löcher 50 und 51 an nach unten weggebogenen Laschen 48 und 49 an der Feder 25 und ein Loch 52 am Mittelteil 38 des Kipphebels E durchdringt. Die Feder 25 ist auf diese Weise gegenüber dem Kipphebel E geringfügig beweglich In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Position der Löcher 50 und 51 an der Feder 25 etwa in der Mitte zwischen der nach oben gebogenen Fahne 28 und dem Kontaktelement 26 a .geordnet. Der Kipphebel E weist eine Bohrung 53 am Mittenteil auf, mit welchem es mittels eines Stiftes 54 schwenkbar am Gehäuse 2 des Sicherungsautomaten derart gelagert ist, daß es frei schwenken kann. Damit die Feder 25 bei der Kontaktgabe einen ausreichenden Kontaktdruck sicherstellt, ist an dem Mittenteil 38 des Kipphebels E oberhalb des Loches 52 eine Stufe 54 ausgebildet, an der sicn die Feder 25 abstützt. Die Feder 25 ist im übrigen so ausgeformt und an einer Lasche 48 mit einem passend geformten Fortsatz versehen, daß ihr Spiel am Kipphebel E nur sehr geringe, mit 55, 56 und 57 in Fig. 1 eingezeichnete Bereiche aufweist.

Das freie innere Ende 58 des zweiten Anschlußelementes 8 ist elektrisch mit dem beweglichen Kontaktelement 26 über die Kontaktfeder 25 selbst und einem flexiblen Leiter 59 verbunden. Diese Verbindung kann auch vom Anschlußelement 8 direkt zum Kontaktelement 26 geführt sein, wenn der Träger für das Kontaktelement 26 elektrisch nicht leitend ist.

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Das leitfähige magnetische Bauteil 13, das den Magnetanker B bildet, besteht vorzugsweise aus Alnico V, Bariumferrit oder dgl., dessen Eigenmagnetisierung mit steigender Temperatur ebenfalls abnimmt. Wenn das Bauteil 13 jedoch aus einem Material besteht, dessen Permeabilität mit steigender Temperatur abnimmt, oder wenn eine Verzögerungszeit für den Sicherungsautomaten nicht benötigt wird, dann kann der Magnet M auch ein gewöhnlicher Permanentmagnet oder ein Elektromagnet sein, der nicht die zuvor erwähnten Eigenschaften aufweist.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein zusätzlicher Alarmschalter F mit den Anschlußelementen 9 und 10 verbunden, der geschlossen wird, wenn der eigentliche Schutzschalter geöffnet wird. Zu diesem Zweck ist ein stationärer Kontakt 60 am inneren Ende des Anschlußelements 10 und ein beweglicher Kontakt 61 an inneren Ende des Anschlußelements 9 befestigt, die von einem Arm 62 des Kipphebels E miteinander in Berührung gebracht werden, wenn der Kipphebel E von der Feder 30 verschwenkt wird.

Der erfindungsgemäße Sicherungsautomat wird in der Weise in den zu sichernden Stromkreis eingeschaltet, daß dieser aufgetrennt und die Leitungsenden mit den beiden Anschlußelementen 7 und 8 verbunden werden. Der Laststrom fließt dann durch das Anschlußelement 7, das leitfähige magnetische Bauteil 13, den festen Leiter 16, den Kontakthalter 20, das stationäre Kontaktelement 19, das bewegliche Kontaktelement 26, gegebenenfalls über die Feder 25, den flexiblen Leiter 59 und das andere Anschlußelement 8.

Die Arbeitsweise des' erfindungsgemäßen Sicherungsautomaten soll nachfolgend erläutert werden.

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- ίο -

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Zustand ruft der äußere Verbraucher, der hier nicht dargestellt ist, einen Strom über die Anschlußelemente 7 und 8 hervor. Solange dieser Strom normal ist, bleibt der Magnet M in Berührung mit dem Magnetanker B, wobei die vom Magnetelement 41 hervorgerufene Kraft auf den Kipphebel E größer ist als die Kraft aufgrund der Vorspannung der Feder 30. In diesem Zustand steht die Feder 25 unter der Wirkung der Kraft der Feder 30, ■' e an der senkrechten Fahne 28 angreift und diese so anhebt, daß sich freie Spiele 55, 56 und 57 ergeben und die Feder 25 selbst leicht durchgebogen wird. Der Schutzschalter A bleibt in geschlossenem Zustand unter einem Kontaktdruck, dessen hervorrufende Kraft im wesentlichen genausogroß ist wie die Kraft der Feder 30. Mit anderen Worten, die Kraft der Feder 30 kann maximal so groß gewählt werden, daß der Nominalstrom durch den Sicherungsautomaten den Magneten M noch an dem Anker B hält.

Wenn der Stromfluß manuell unterbrochen wird, während der Strom noch fließt, dann muß dazu der Knopf 6 gegen die Kraft des Magneten M angehoben werden. In diesem Fall wird der Kipphebel E um den Stift 54 verschwenkt, wobei sich der Magnet M vom Anker B löst. Der Alarmschalter wird mit den Kontakten 60 und 61 geschlossen, indem der Hebel 62 am Kipphebel E den beweglichen Kontakt anhebt.

Wenn die Sicherung in ihrer Bereitschaftsstellung steht und ein Oberstrom auftritt, vollzieht sich folgendes:

Ein unter Verzögerung ansprechender Sicherungsautomat, der beispielsweise kurzzeitig auftretende Stromspitzen noch ohne Auszulösen aushalten soll·, sollte beispielsweise nicht sofort bei einem Überstrom von 120 % des Nominalstroms auslösen, sondern erst nach einer Zeitverzögerung, wenn der

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Oberstrom beispielsweise den Wert von 125 % des Nominalstroms erreicht. Dies wird hier durch die Verwendung eines leitfähigen magnetischen Bauteils 13 erreicht, der durch Erwärmung seine Magnetisierung verliert und auf diese Weise von dem Magneten M nicht mehr erfaßt werden kann. Eine zur Entmagnetisierung führende Erwärmung wird beispielsweise durch einen außerordentlich hohen Strom, wie beispielsweise bei einem Kurzschluß im Stromkreis, hervorgerufen. Ähnliches ergibt sich, wenn ein Überstrom von etwa 120 % des Nominalstroms über längere Zeit durch den Sicherungsautomaten fließt.

Wenn das magnetische Bauteil 13 aufgrund Joule'scher Wärme soweit erwärmt wird, daß die magnetischen Kraftwirkungen zwischen ihm und dem Magneten M allmählich abnehmen, dann kann schließlich die Kraft von der Feder 30 die magnetische Haltekraft übersteigen und der Kipphebel E schwingt unter der Kraft der Feder 54 nach oben, so daß der Magnet M vom Anker B freikommt. Diese Erwärmung des magnetischen Bauteils 13 kann durch die in ihm selbst erzeugte Wärme allein hervorgerufen sein, man kann aber auch zusätzlich in seiner Nähe elektrische Widerstandselemente anordnen, die für das Bauteil 13 zusätzlich Wärme abgeben. Die Kraft der Feder 30 führt zu einem sehr plötzlichen Aufreißen der Kontaktverbindung zwischen den Kontaktelementen 19 und 26.

Bei diesem Bewegungsablauf kann die Schließkraft an der Kontaktverbindung oder der Kontaktdruck von der Feder 25 im wesentlichen konstant bleiben, bis sich der Kontakt öffnet. Dies wird durch die Spiele 55 und 57 und durch die schwenkbare Lagerung der Feder 25 an dem Kipphebel E ermöglicht. Dies ist ein sehr wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung. _;,

Mit dem Verschwenken des Kipphebels E wird auch der Knopf angehoben, der nach außen anzeigt, daß der Sicherungsautomat ausgelöst hat.

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Bei einem außerordentlich großen Strom, wie er bei einem Kurzschluß im Leitungsnetz auftritt, wird die magnetische IeIdkomponente des Magnetelements 41 durch die elektromagnetische Wirkung eines solchei. Kurzschlußstroms im magnetischen Bauteil 13 sehr stark deformiert. Als Folge davon nimmt die magnetische Kraftwirkung zwischen dem Magneten M und dem Anker B sofort stark ab und die Kraft der Feder 30 bewirkt ein Verschwenken des Kipphebels E nach oben.

Hat der Sicherungsautomat einmal ausgelöst, dann wird er von der Feder 30 im ausgelösten Zustand gehalten. Die Magnetkraft ist nicht so groß, daß sie über den weiten Luftspalt hinweg den Kipphebel E wieder auf den Magnetanker B von allein zurückschwenken kann.

Zum Zurückführen des Sicherungsauti aten in seine Bereitschaftsstellung braucht man nur auf den Knopf 6 von oben zu drücken, womit der Schalter A wieder geschlossen und der Magnet M mit dem Anker B wieder in Berührung gelangt. Selbstverständlich sollte man vorher den Fehler in der elektrischen Anlage, der zum Auslösen der Sicherung geführt hat, beseitigen.

Es ist ein besonderes Merkmal der Erfindung, daß die Feder sowohl den Kontaktdruck am Schalter A hervorruft als auch die Kraft zum öffnen des Schalters erzeugt. Sie kann ausreichend groß gemacht werden, daß einerseits ein ausreichender Kontaktdruck und andererseits ein schnelles öffnen der Kontaktverbindung zur Unterdrückung von Lichtbogen hergestellt wird.

Es sei betont, daß man den erfindungsgemäßen Sicherungsautomaten auch modifizieren kann. Wenn man beispielsweise die wirksamen Hebelarm]ängen .an der Kontaktfeder 25 verändert, beispielsweise das Kontaktelement 26 weiter von der Schwenkachse 53 entfernt anordnet, läßt sich der Kontaktdruck entsprechend herabsetzen und umgekehrt.

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Kö/fli

Claims

Ansprüche

ι Λ.)Sicherungsautomat für elektrische Anlagen, der unter Ausnutzung magnetischer Kräfte arbeitet und wenigstens je ein stationäres und ein bewegliches elektrisches Kontaktelement aufweist, die mit in den zu sichernden Stromkreis einzuschaltenden Anschlußelementen des Sicherungsautomaten elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsautomat einen Permanentmagneten (M) und einen diesem zugeordneten Anker (B) aus weichmagnetischem Material aufweist, daß der Anker (B) aus elektrisch leitfähigem Material besteht und in den von dem einen Anschlußelement (7) zu dem stationären Kontaktelement (19) führenden Stromkreisabschnitt eingeschaltet und stationär in dem Gehäuse (2) des Sicherungsautomaten angeordnet ist, daß der Permanentmagnet (M) an einem Kipphebel (E) angebracht ist, welcher in dem Gehäuse (2) schwenkbar gelagert ist und seinerseits einen zweiarmigen, elektrisch· mit dem anderen Anschlußelement (8) verbundenen Kontaktfederhebel (25) schwenkbar lagert, an dessen einem ArMi das bewegliche Kontaktelement (26) befestigt ist, und an dessen anderem Arm

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MÜNCHEN: TELEFON (Οββ) 395888 KABEL: PROPINOUS ■ TELEX OB94944

BERLIN: TELEFON (030) 8313088
KABEL: PROPINDUS · TELEX O184OS7

eine Vorspannfeder (30) angreift, die sich am Gehäuse (2) abstützt und deren Vorspannung der Wirkung der den Permanentmagneten (M) am Anker (B) haltenden Magnetkraft entgegengerichtet ist.
2. Sicherungsautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktfederhebel (25) an dem Kipphebel (E) derart gelagert ist, daß er in bezug auf den Kipphebel (E) in einen eng begrenzten Winkelbereich verschwenkbar ist.
3. Sicherungsautomat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktfederhebel (25) mit einem von außerhalb des Gehäuses (2) zugänglichen Betätigungsund Anzeigeknopf (6) gekuppelt ist.
4. Sicherungsautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (1) dem Kipphebel (E) benachbart ein weiterer Schalter (Alarmschalter) angeordnet ist, dessen Anschlußelemente (9, 10) nach außen geführt sind und dessen bewegliches Kontaktelement (61) von dem Kipphebel (E) bei Auslösung des Sicherungsautomaten in Anlage mit

Vdem zugehörigen stationären Kontaktelement (60) gebracht ist.
5. Sicherungsautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in räumlicher Nachbarschaft zu dem Anker (B) wenigstens ein ohmsches Widerstandselement angeordnet ist, das dem durch den Anker (B) verlaufenden Strompfad elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet ist.

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