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Fehlerstrom-Auslöser
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Die Erfindung betrifft eine Auslösevorrichtung für Fehlerstromschutzschalter
nach Anspruch 1.
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Ein Fehlerstronauslöser hat die Aufgabe, bei Auftreten eines Fehlerstromes
aufgrund eines an der Sekundärwicklung eines Sunmenstromwandlers auftretenden Signales
ein Schaltschloß zu entklinken und damit auszulösen. Im allgemeinen werden derartige
Fehlerstromauslöser als Arbeitsstromauslöser ausgebildet, die einen Permanentmagneten
und ein esne Spule aufweisendes Magnetsystem haben (vergl. DE-AS 1 563 563).
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Der Permanentmagnet hat dabei die Aufgabe, einen Klappanker anzuziehen,
das Magnetsystem wirkt dann so, daß bei Auftreten eines Fehlerstromes ein dem Permanentmagnet
entgegengesetzt
gerichtetes Magnetfeld aufgebaut wird, so daß eine
auf den Klappanker einwirkende, vom Permanentmagneten herrührende Anzugskraft aufgehoben
wird. Der Klappanker, der von einer Feder in Richtung öffnen, d.h. in Richtung Abheben
von dem Magnetsystem, beaufschlagt ist, wird dann von der Feder in Auslösestellung
verbracht.
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Ein Arbeitsstromauslöser, wie er beispielsweise in der DE-AS 1 563
563 bekanntgeworden ist, ist zwar in seinem Aufbau sehr einfach, benötigt jedoch
wegen der besonderen Anordnung der parallel zueinander verlaufenden Polschuhe relativ
viel Platz. Ein Magnetsystem, welches mit verringertem Platzbedarf auskommen kann,
ist in der FR-PS 1 337 305 beschrieben. Dieses Magnetsystem besitzt ein U-förmiges
Joch, an dessen einem Schenkel eine mit der Sekundärwicklung am Summenstromwandler
verbundene Wicklung und an dessen anderem Schenkel ein Permanentmagnet angebracht
ist. Der Klappanker ist an einem der beiden Schenkel aufgelagert und steht unter
dem Zug einer Feder, die ihn in Richtung öffnen beaufschlagt. Sowie ein Fehlerstrom
auftritt, erhält man an der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers ein Signal,
welches einen dem vom Dauermagneten herrührenden Magnetfluß entgegengerichteten
Fluß im Joch induziert, so daß die Anzugskraft auf den Klappanker soweit verringert
wird, daß die Offnungskraft der Feder überwunden wird. Probleme ergeben sich bei
der Auflagerung des Klappankers und bei der Anbringung der Feder im Inneren eines
Fehlerstromschutz schalters.
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In der FR-PS 1 541 052 ist ein Auslöser beschrieben worden, bei dem
im Prinzip die vorgenannten Probleme gelöst sind. Allerdings erscheint die Anordnung
im Hinblick auf die Aufhängung bzw. Anbringung der Feder und des Permanentmagneten
verhältnis-
mäßig kompliziert, insbesondere auch deshalb, weil mehrere
Einzelteile verwendet werden.
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Fehlerstromauslöser, die sehr empfindlich sein müssen, um beispielsweise
bei Fehlerströmen von 30 mA noch auszulösen, müssen in Gehäuse eingekapselt werden.
Die beschriebenen bekannten Fehlerstromauslöser sind nicht in Gehäuse -eingekapselt.
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Ein Gehäuse, in das ein Fehlerstromauslöser, wie er eben beschrieben
wurde, eingesetzt werden kann, ist durch das DE-GM 76 21 758 bekanntgew -rden. Dieses
Gebrauchsmuster allerdings befasst sich lediglich mit der Verbindung eines Gehäuseunterteils
mit einer Abdeckkappe und mit der feuchtigkeitssicheren Abdichtung; auf die besonderen
Probleme, die darin bestehen, daß die Bewegung des Klappankers nach außen hexausgeführt
werden muß, daß ferner elektrische Leitungen nach innen hineingeführt werden müssen,
und daß weiterhin noch das Magnetjoch im Gehäuse rüttelsicher und verrutschfest
gelagert sein muß, befaßt sich das Gebrauchsmuster nicht.
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Anordnungen bzw. Darstellungen, wie ein Fehlerstromauslöser in ein
Gehäuse eingebaut werden kann, sind aus der DE-PS 2 029 607, aus der DE-OS 2 529
221 und der DE-OS 2 505 867 bekanntgeworden. Man erkennt aus diesen Darstellungen,
daß das Einsetzen eines Fehlerstromauslösers in ein Gehäuse doch mit erheblichen
Problemen verbunden ist, weil der Platzbedarf möglichst gering zu halten ist, was
insbesondere dadurch ermög licht werden kann, daß man die Anbringung der Feder zur
oeffnung des Klappankers sowie der Anbringung des Dauermagneten besondere Aufmerksamkeit
widmet. Die Auslöserelais nach der DE-PS 2 029 607 und der DE-OS 2 529 221 sind
so ausgebildet, daß die Feder zur Öffnung des Klappankers außerhalb der Jochschenkel
liegt.
Dies hat den besonderen Vorteil, daß die Montage dadurch vereinfacht ist, wobei
allerdings das Einhängen der Feder in den Klappanker bzw. einen Fortsatz am Magnetjoch
(bei der DE-OS 2 529 221) bzw. am Gehäuseunterteil (bei der DE-PS 2 029 607) wegen
der manuellen Einhängung etwas kompliziert ist. Man erkennt insbesondere aus der
DE-OS 2 529 221, daß besondere Maßnahmen, beispielsweise Vorsehen besonderer Befestigungsmittel
für die Feder, getroffen werden müssen, damit die Feder optimal eingestellt werden
und optimal wirken kann. Bei der Anordnung nach der DE-OS 2 505 867 ist anstatt
einer Schraubenfeder eine Blattfeder vorgesehen, welche den in sich abgewinkelten
Klappanker gegen das freie Ende des einen Schenkels des Magnetjoches drückt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Auslösevorrichtung der eingangs
genannten Art soweit zu verbessern, daß die Montage der Auslösevorrichtung innerhalb
eines Gehäuses und dort insbesondere die Montage der Feder erheblich vereinfacht
wird. Ferner soll auch der Dauermagnet einstellbar ausgebildet sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Spulenkörper
mit zwei mit einseitig zu dem anderen Schenkel hinweisenden Verlängerungen versehenen
Spulenflanschen versehen ist, welche Durchbrechungen aufweisen, in den die als Schraubenfeder
ausgebildete Feder geführt ist.
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Aufgrund der Anordnung der Druckfeder zum Aufdrücken des Klappankers
im Inneren des Magnetjoches wird zum einen erheblich an Raum eingespart und zum
anderen erhält man eine günstigere Kräfteverteilung bzw. eine günstigere Kraftwirkung
der
Feder auf den Klappanker. Während bei den bekannten Fehlerstromschutzschaltern relativ
starke Federn verwendet werden müssen, weil der Hebelarm zwischen dem Angriffpunkt
der Feder und dem Lagerpunkt relativ klein ist, kann nun eine verhältnismäßig dünne
und im Vergleich zu den Federn bekannter Bauart verhältnismäßig schwache Feder benutzt
werden, wodurch eine günstigere Anpassung der Feder an die Kräfteverhältnisse am
Magnetsystem erreicht werden kann.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind beidseitig zu dem im
Bereich des Endes des ersten Schenkels liegenden Spulenflansch parallel zur Achse
des Spulenkörpers verlaufende Wände angeformt, die den Klappanker zwischen sich
nehmen und führen. Diese Führung erfolgt in vorteilhafter Weise dadurch, daß beidseitig
am Klappanker Vors-rünge vorgesehen sind, die Langlöchern in den Seitenwänden geführt
werden. Damit wird die Weglänge, die zur Betätigung des Stößels ausnutzbar ist,
erheblich vergrößert. Der Klappanker dreht sich nämlich nicht mehr um das freie
Ende des Schenkels, auf dem er gelagert ist, sondern ist aufgrund der Langlöcher
im ausgelösten Zustand von beiden Schenkelenden losgelöst.
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In günstiger Weise ist zur besseren Auflagerung des Klappankers auf
dem betreffenden Schenkelende am Klappanker ein Lagernocken angeformt, so daß der
Klappanker dann, wenn er in Einschaltstellung bzw. in auslösebereite Stellung verbracht
wird, eine günstige Drehmöglichkeit im letzten Bereich des Einschaltvorganges erhält.
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Der zur Erzielung des Magnetflusses vorgesehene Dauermagnet ist formschlüssig
mit einem Lagerzapfen verbunden, dessen eines Ende durch eine Öffnung in dem Schenkel,
der die Spule nicht
trägt, hindurchgeführt ist, während das andere
Ende des Zapfens nach außen aus dem Gehäuse herausragt, wobei das nach außen weisende
Ende eine Erweiterung aufweist, die eine Verlängerung besitzt, mit der der Permanentmagnet
bzw. der Dauermagnet verdreht werden kann. Im Inneren des Magnetjoches ist am Lagerzapfen
eine Klammer angebracht, welche den Lagerzapfen und damit den Dauermagneten federnd
nach innen hin zu der Außenfläche des Schenkels des Magnetjoches beaufschlagt.
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Aufgrund dieser Ausgestaltung wird eine günstige Führung des Dauermagneten
und eine günstige Magnetflußlinienübertragung vom Dauermagneten auf das Magnetjoch
erzielt, und an der anderen Seite erhält man eine günstige Führung des Lagerzapfens
dadurch, daß das Gehäuse selbst zur Lagerung und Führung des Lagerzapfens herangezogen
werden kann.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren
Unteransprüchen zu entnehmen.
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Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Auslösevorrichtung
in auslösebereitem Zustand, Fig. 2 eine Aufsicht auf die Vorrichtung gemäß der Fig.
1 bei abgenommenem Gehäuseoberteil, Fig. 3 die Auslösevorrichtung nach der Fig.
1 in ausgelöstem Zustand und Fig. 4 eine Aufsicht auf die Vorrichtung nach Fig.
3 gemäß Pfeilrichtung X.
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Die Auslösevorrichtung ist in ein Gehäuse eingebaut, welches aus einem
Gehäuseunterteil 10 und einem mit diesem verbundenen Gehäuseoberteil 12 gebildet
ist. Beide Gehäuseteile besitzen, wie man aus der Fig. 2 erkennen kann, einen rechteckigen
Querschnitt und je ein Flansch 14 bzw. 16, mit denken das Gehäuse innerhalb eines
Fehlerstromschutzschalters eingebaut werden bzw. in den Fehlerstromschutzschalter
befestigt werden kann, ist am Gehäuseunterteil angeformt. An den sich berührenden,
aufeinanderzuweisenden Stirnflächen des Ober- bzw.
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Unterteils 12 bzw. 10 sind ein umlaufender Vorsprung 18 bzw.
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eine umlaufende Nut 20 angeformt, die wie Nut und Feder ineinandergreifen
und zur Abdichtung und zur Führung von Gehäuseunterteil 10 und Gehäuseoberteil 12
dienen. Bei geeigneter Bemessung der Nut und der Feder (lichte Weite der Nut kleiner
als Dicke der Feder) kann eine reibschlüssige Verbindung zwischen Gehäuseoberteil
und -unterteil erzielt werden, wodurch beide Teile fest miteinander verbunden werden
können. Durch Zwischenfügen von Klebmasse oder ähnlichen Materialien kann eine feste
und absolut dichte Verbindung erzielt werden.
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Im Inneren des Gehäuses und am Innenboden des Gehäuseuntertejis 10
ist ein U-förmiges Joch 22 angebracht, dessen einer Schenkel 24 den Spulenkörper
26 einer nicht dargestellten Spule durchdringt, während am anderen Schenkel 28 ein
Dauermagnet 30 (strichliert dargestellt) auf eine noch weiter unten zu beschreibende
Weise angebracht ist. Der Spulenkörper 26 besitzt ein annähernd zylinderartiges
Mittelteil 32, welches von einer Bohrung 34 durchsetzt ist, wobei der Innendurchmesser
der Bohrung 34 im Bereich der Schenkelwurzel größer ist als der Innendurchmesser
des Bereiches 36 in der Nähe des Schenkels. Der Übergang von dem einen Abschnitt
mit dem größeren Durchmesser zu
dem anderen Abschnitt 36 mit geringerem
Durchmesser erfolgt über eine Stufung 38. Der Bereich 36 geringeren Innendurchmessers
ist nun so ausgebildet, daß der Schenkel 24 satt hindurchpasst. Auf diese Weise
wird der Spulenkörper 26 an dem Schenkel des Magnetjoches satt geführt. Die andere
Führung des Magnetjoches erfolgt durch einen am Mittelteil 32 am unteren Ende angeformten
ersten Flansch 40, der auf dem Steg des Magnetjoches bzw. auf dem Gehäuseboden anliegt.
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Der Mittelteil 32 ist ferner an seinem oberen Ende von einem zweiten
Flansch 42 begrenzt, welche unsymmetrisch derart sind, daß am ersten und am zweiten
Flansch jeweils eine hin zum anderen Scherkel gerichtete Verlängerung 44 und 46
(in der Fig. 2 ist lediglich die Verlängerung 46 zu sehen) angeformt ist. In der
ersten Verlängerung 44 ist lediglich eine Bohrung 48 und in der zweiten Verlängerung
eine mit einem zylinderartigen Kragen 50 umgebene Bohrung 52 vorgesehen. Beide Bohrungen
48 und 52 haben den gleichen Durchmesser und fluchten miteinander.
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Am zweiten Flansch 42 ist an dem der Verlängerung 46 abgewandten Bereich
beidseitig zum Spulenkörper je ein zur Mittelachse des Spulenkörpers verlaufender
Steg angeformt; in der Fig. 2 erkennt man die beiden Stege 54. Jeder Steg 54 bzw.
jede Wand 54 besitzt ein Langloch 56.
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Man erkennt aus der Fig. 1, daß der Schenkel 24 den Spulenkörper 26
durchgreift, wobei das freie Ende des Schenkels 24 aus dem Spulenkörper 26 herausragt.
Das freie Schenkelende des ersten Schenkels 24 ist glatt.
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Man erkennt in der Fig. 1, daß die beiden Schenkel 24 und 28 von einem
Klappanker 60 überdeckt werden, der eine annähernd T-fdrmige Kontur besitzt, wobei
der Buerbalken 62 des Klapp-
ankers 60 mit einer Nase 58 oder Nocke
58 versehen ist, die auf dem freien Ende des Schenkels 24 aufliegt, um eine günstige
Drehbarkeit des Klappankers gegenüber dem Nocken und vor allen Dingen eine satte
Auflage des Klappankers auf dem freien Schenkelende zu erreichen, damit der Magnetfluss
von dem Schenkel 24 glatt und ohne Widerstand in den Klappanker hineinlaufen kann.
Das andere Ende des Klappankers 60d.h. das Stegende 66, ist abgekröpft und zwar
hin zum freien Schenkelende des anderen bzw. zweiten Schenkels 28, welches Stegende
im auslösebereiten Zustand auf dem Ende des Schenkels 28 aufliegt.
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Man erkennt, daß durch die Bohrungen 48 und 52 eine Schraubenfeder
68 hindurchgreift, die von unten gegen den Klappanker 60 anliegt, wobei am Klappanker
60 ein ringförmiger Ansatz 70 der Führung der Schraubenfeder 68 dient. In dem in
der Fig. 1 dargestellten Zustand steht die Schraubenfeder 68 unter Druck, derart,
daß sie den Klappanker 60 entgegen dem Uhrzeigersinn in Richtung Öffnen beaufschlagt.
Auf der Oberseite des Klappankers liegt ein Zapfen 72 an, der durch eine öffnung
74 im Gehäuseoberteil hindurchragt und der in nicht dargestellter Weise auf ein
Schaltschloß des Fehlerstromschutzschalters, in dem die Auslösevorrichtung eingesetzt
werden soll, zu dessen Auslösung einwirkt.
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Man erkennt aus der Fig. 2, daß der Zapfen 72 an einer in Pfeilrichtung
Y (vgl. Fig. 1) hin und her bewegbaren Traverse angeformt ist, die beidseitig, also
an den Gehäuselängsseiten durch senkrecht, d.h. in Richtung der Schenkelachsen verlaufende
Nuten 78 und 80 geführt ist, wobei die Nuten 78 und 80 durch trapez- bzw. bockartige
Vorsprünge 82 und 84 gebildet sind.
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Beidseitig zu dem zweiten Flansch 42 sind Wände 54 angeordnet, die
den Klappanker 60 zwischen sich nehmen. Zur Führung besitzt
der
Klappanker beidseitig Zapfen 61 und 63, die in Langlöcher 56 (siehe Fig. 1) eingreifen.
Damit ist der Klappanker durch die Wände, die die gesamte Länge des Querbalkens
62 übergreifen und durch die Zapfen 63 und 61 geführt.
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An dem anderen freien Schenkel 28 und dort an dessen Außenseite ist
ein Dauermagnet 30 angebracht. Zur Befestigung ist dieser von einem Zapfen 86 durchdrungen,
der im Bereich des Dauermagneten eine plattenartige Erweiterung 87, an der auf der
dem Dauermagnet 30 zugewandten Seite ein länglicher Vorsprung 89 angeformt ist,
der in einen Schlitz 91 am Dauermagneten 30 angreift. Damit ist der Dauermagnet
30 über den Vorsprung 89 und den Schlitz 91 formschlüssig mit dem Zapfen verbunden.
Der Zapfen 86 setzt sich .ach außen durch das Gehäuse hindurch fort und endet in
einer weiteren plattenartigen Erweiterung 94,. an der eine nach oben weisende Verlängerung
96 angeformt ist. Die Gehäusewandung befindet sich somit zwischen den beiden plattenartigen
Erweiterungen 87 und 94 und der Lagerzapfen ist in einer in den Zeichnungen nicht
zu erkennenden Bohrung bzw. in einem in der Zeichnung nicht zu erkennenden Durchbruch
geführt. Dieser Durchbruch befindet sich dabei exakt im Bereich der Trennfuge zwischen
Gehäuseunterteil und Gehäuseoberteil und wird durch jeweils halbkreisförmige Ausnehmungen
in den Gehäuseteilen gebildet.
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Das nach innen weisende, in der Zeichnung der Fig. 1 links befindliche
Ende des Zapfens 36 durchdringt eine Bohrung 88 am Schenkel 28; dabei besitzt der
Zapfen 86 einen Bereich 90 geringeren Quczrschnittes, der eine Halterungsfeder 92
derart durchgreift, daß der Dauermagnet 30 zusammen mit dem Zapfen 86 von dem Halteelement
92 im Bereich geringeren Querschnitts gehalten ist. Die Haltefeder 92 legt sich
dabei an die Stufung, die schon im Inneren des U's des Magnetjoches liegt und die
die Trennung zwischen dem Bereich 90 geringeren Quer-
schnittes
und dem Bereich des Zapfens 86 am freien Ende bildet, an und zieht aufgrund ihrer
Federkraft den Dauermagneten 30 über die Erweiterung 87 gegen die Außenfläche des
zweiten SChenkels 28, wodurch eine gute Uberleitung der Magnetkraftlinien bzw. Magnetflußlinien
vom Dauermagneten in das Magnetjoch 22 erzielt wird.
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Die Verlängerung 96, die sich außerhalb der beiden Gehäuseteile 10
und 12 befinden, kann wie aus der Fig. 4 zu ersehen in zwei Stellungen, links und
rechts bewegt werden (strichpunktiert dargestellt), wodurch die Lage und die Ausrichtung
des Dauermagneten 30 verändert wird.
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In der Fig. 1 erkennt man die Auslösevorrichtung in auslösebereitem
Zustand. Auf den Spulenkürper ist eine Spule gewickelt, die in dem in der Fig. 1
gezeigten Zustand keinen Strom führt.
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Daher wirkt auf das Magnetjoch 22 ausschließlich der magnetische Fluß
vom Permanent- bzw. Dauermagneten 30. Dabei wird der Klappaner 60 entgegen der Kraft
der Feder 68 gegen die freien Polflächen bzw. gegen die Schenkelenden der beiden
Schenkel 24 und 28 gezogen, so daß der magnetische Kreis hierdurch geschlossen ist.
Wenn ein Fehlerstrom auftritt, wird durch die Spule bzw. die Wicklung der Spule
ein magnetischer Fluß erzeugt, der dem Fluß entgegengesetzt gerichtet ist, der von
dem Permanentmagneten 30 herrührt. Dadurch wird die Anzugskraft auf den Klappanker
60 verringert, und zwar soweit, bis die Kraft der Feder 68 überwiegt, wodurch der
Klappanker in die Stellung verbracht wird, die in der Fig. 3 dargestellt ist. Die
beidseitig am Klappanker angeformten Zapfen 61 und 63, die beide in die Langlöcher
56 hineingreifen, gelangen an dem oberen Ende der Langlöcher zum Anschlag, so daß
sich der Klappanker 60 von einem bestimmten Drehwinkel aus um die Berührungsstelle
Zapfen 61/63 - Langlochende verdreht. Dadurch wird die Quer-
traverse
76 und damit auch der daran angeformte Zapfen 72 flach außen durch die Bohrung 74
herausgedrückt, wodurch ein Auslösemechanismus betätigt wird. Damit zwischen der
Traverse und dem Klappanker günstige Reibungs- und Druckverhältnisse gewährleistet
sind, ist die Traverse an der zum Klappanker hin gerichteten Seite ballig ausgeführt.
Der Bewegungsmechanismus des Klappankers beim öffnen ist nun so, daß sich der Klappanker
zunächst aufgrund des Druckes der Feder von den beiden Schenkelendflächen abheben
kann (was nicht unbedingt sein muß), was davon abhängt, wie lang das Langloch 56
ist. Sowie die Zapfen 61 und 63 gegen das obere Ende des Langloches 56 anliegen,
beginnt eine Drehbewegung des Klappankers um diese Berührungsstelle. Im Gegnsatz
zu den bekannten Fehlerstromauslösern dreht sich der Klappanker nicht während seiner
gesamten Bewegung, sondern führt e tne Bewegung aus, die sich aus zwei Komponenten
zusammensetzt: Eine lineare Parallelbewegung quer zur seiner Längsachse und danach
eine Drehbewegung um den Drehpunkt Langlochende - Zapfen 61/63.
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Die Empfindlichkeit der Auslösevorrichtung wird durch Verdrehen des
Dauermagneten eingestellt. Je nach Lage gemäß den in Fig. 4 eingezeichneten Stellungen
kann der Dauermagnet einen größeren oder kleineren Magnetfluß im Magnetjoch 22 erzeugen,
so daß je nach Stellung ein höherer oder kleinerer Magnetfluß von der Spule zum
Abfallen des Ankers ausreicht.
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