DE4017743A1

DE4017743A1 - Elektromagnetischer schnellausloeser fuer elektrische schaltgeraete, insbesondere fuer hochleistungskontakte von niederspannungsschaltgeraeten

Info

Publication number: DE4017743A1
Application number: DE19904017743
Authority: DE
Inventors: Otto Ernst Dipl Ing Gerhards
Original assignee: Kloeckner Moeller Elektrizitaets GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 1989-06-23
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1991-01-10

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Schnellaus löser für elektrische Schaltgeräte nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, der insbesondere für Hochleistungskontakte von Niederspannungsschaltgeräten geeignet ist.

Bei elektrischen Schaltgeräten, wie mit Hochleistungskontak ten ausgestatteten Niederspannungsschaltgeräten, besteht im Kurzschlußfalle die Gefahr, daß die Kontakte verschweißen. Dem kann durch einen elektromagnetischen Schnellauslöser be gegnet werden, der die Öffnungsgeschwindigkeit des bewegli chen Kontaktes im Kurzschlußfalle erhöht. Bei Strömen, die unter der Ansprechschwelle des Schnellauslösers liegen, muß eine ausreichende Kontaktkraft die Kontakte geschlossen halten.

Ein derartiger bekannter Schnellauslöser mit einem Auslöse magneten für einen Leistungsschalter (EP 03 05 321 A1) weist einen Anker sowie eine Betätigungsstange und einen Dauermagneten zum Festhalten des Ankers in einer Ruhestellung auf. Durch eine Hauptwicklung kann das Magnetfeld des Dauer magneten vorübergehend derart beeinflußt werden, daß der An ker in eine Auslösestellung überführbar ist. Um ein uner wünschtes Abreißen des Ankers von dem Dauermagneten aufgrund eines magnetischen Fremdfeldes zu vermeiden, ist bei diesem bekannten Auslösemagneten der Hauptwicklung einer Auslöser spule radial benachbart eine Hilfswicklung zugeordnet, die im Sinne einer Verstärkung der Wirkung des Magnetfeldes des Dauermagneten auf den Anker gespeist werden kann.

Für die Beeinflussung des Dauermagneten ist die Stromfluß richtung zu beachten, was insbesondere bei Wechselstromanwen dung eine zusätzliche Steuereinrichtung mit Energieversorgung erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagne tischen Schnellauslöser nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 so auszubilden, daß dieser schon bei Überlastströmen, die unterhalb der Grenze für eine selbständige Kontaktabhebung liegen, den Kontakt sicher öffnet, wobei auch vermieden werden soll, daß bei einem Strom, der gerade die Auslöse grenze erreicht, die Kontaktkraft nur vermindert wird oder der Kontakt nur leicht abhebt und wieder schließt, da dies leicht zum Verschweißen der Kontakte führen kann. Außerdem soll der Schnellauslöser unabhängig von der Stromrichtung ohne zusätzliche Steuereinrichtung arbeiten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Kennzeichnungs teil des Anspruches 1 gelöst, während in den Ansprüchen 2 bis 11 besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind.

Der erfindungsgemäße Schnellauslöser hat den Vorteil, daß er in einfacher Weise ohne konstruktive Änderungen auch in Ver bindung mit anderen elektrischen Hochleistungskontakten ein gesetzt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Schnellauslöser wird im eingeschal teten Zustand der ferromagnetische Teil eines Auslöseelemen tes gegen die Kraft einer Speicherfeder, die eine Zug- oder Druckfeder sein kann und an dem Auslöseelement angreift, von dem Dauermagneten gehalten.

Im Kurzschlußfall wird mit Hilfe der das Auslöseelement umge benden elektrischen Auslöserspule und eines Eisenrückschlus ses von dem über die Auslöserspule fließenden Kurzschlußstrom eine Zugkraft auf das Auslöseelement ausgeübt, die sich zur Federkraft der Speicherfeder des Schnellauslösers addiert. So bald die Summe dieser Kräfte die Haltekraft des Dauermagneten überschreitet, löst sich das Auslöseelement vom Dauermagneten und öffnet nach kurzem Leerweg die Kontakte des mit dem Schnellauslöser verbundenen Schaltgerätes. Gleichzeitig kann ein mit dem Schnellauslöser zusammenwirkendes Schaltschloß durch das Auslöseelement ausgelöst werden.

Die Verbindung zwischen dem Auslöseelement und den Kontakten kann so sein, daß die Kontakte auseinandergedrückt oder aber auseinandergezogen werden. In beiden Varianten kann die Ver bindung zwischen Auslöseelement und Kontakten so beschaffen sein, daß die Kontakte das Auslöseelement nach Einleitung des Ausschaltvorganges bei schneller Eigenbewegung überholen kön nen, um dann die bewegte Masse zu verringern und schnell ei nen großen Kontaktabstand zu erreichen.

Aufgrund der mit zunehmendem Abstand des Auslöseelements vom dauermagnetischen Feld abfallenden Haltekraft des Dauermagne ten wird der Hochleistungskontakt bzw. der mit dem Schnell auslöser verbundene Schalter immer sicher ausgelöst, auch wenn der Auslösemechanismus des Schnellauslösers nur soeben in Bewegung gesetzt wird. Ein Zurückfallen und Wiederschlie ßen der Kontakte wird durch die an dem Auslöseelement angrei fende Speicherfeder des Schnellauslösers in jedem Falle si cher verhindert. Die Speicherfeder unterstützt die Öffnungs bewegung und wirkt ihr nicht entgegen. Außerdem bleibt die Kontaktkraft so lange unbeeinflußt, bis der Schnellauslöser wirklich auslöst.

Eine besonders platzsparende Bauweise eines solchen Schnell auslösers mit einem aufgesetzten Schaltschloß kann erfin dungsgemäß noch dadurch erreicht werden, daß in das von der Schaltstange entfernt liegende offene Ende des Auslöse elements ein Betätigungselement des auf den Schnellauslöser aufgesetzten Schaltschlosses hineinragt, das von der im Auslöseelement teleskopartig verschiebbaren Schaltstange im Kurzschlußfalle unmittelbar mechanisch beaufschlagt wird.

Mit einer verstellbaren Abstützung bzw. Aufhängung der Spei cherfeder läßt sich der Auslösestrom des Schnellauslösers leicht eichen und einstellbar machen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen elektromagnetischen Schnellauslöser in einer ersten Ausführungsform in Verbindung mit einem Schaltgerät und mit einem aufgesetzten Schaltschloß in einem senkrechten Längsschnitt bei eingeschalte ten Kontakten des Schaltgerätes, wobei der Auslöser die Kontakte im Kurzschlußfall auseinanderzieht,

Fig. 2 den Schnellauslöser bei Auslösung im Kurzschlußfal le,

Fig. 3 einen elektromagnetischen Schnellauslöser in einer zweiten Ausführungsform, in der er die Kontakte eines Schaltgerätes auseinanderdrückt, zunächst im Ruhestand,

Fig. 4 den ausgelösten Zustand des Schnellauslösers mit geöffneten Kontakten des Schaltgerätes und

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines elektromagneti schen Schnellauslösers für drehende oder schwen kende Auslösebewegung.

Der in Fig. 1 und 2 gezeigte elektromagnetische Schnellaus löser 1 für elektrische Schaltgeräte ist insbesondere für Hochleistungskontakte von Niederspannungsschaltgeräten, aber auch für jede andere Art von Kontakten an derartigen Schalt geräten geeignet. Er hat einen vorzugsweise ringförmigen Dau ermagneten 2, der von einer Schaltstange 3 aus unmagnetischem Material durchsetzt ist, die zu einem nur angedeuteten Schalter 4 gehört.

Der Schnellauslöser 1 hat eine Auslöserspule 12, deren Wick lung vom Laststrom durchflossen wird und dadurch ein Magnet feld aufbaut, das auf ein als Hülse ausgebildetes Auslöseele ment 14 wirkt. Das Auslöseelement besteht im unteren Teil 14a aus ferromagnetischem Material.

Die Schaltstange 3 ist in axialer Verlängerung des rohr förmigen Auslöseelements 14 angeordnet und gegenüber dem Aus löseelement 14 in Auslöserichtung 15 teleskopartig frei ver schiebbar. Dabei wird ein an der Schaltstange 3 angeordneter Kragen 16 von einem nach innen gerichteten Gegenkragen 17 an dem Auslöseelement 14 hintergriffen.

Das Auslöseelement 14 sitzt in der Ruhe- bzw. Einschaltstel lung von Fig. 1 auf dem Dauermagnetring 2 unmittelbar auf und ist durch die an ihm angreifende Speicherfeder 13 in Auslöse richtung 15 der Schaltstange 3 vorgespannt. Außerdem ist die Auslöserspule 12 in Auslöserichtung des Auslöseelementes 14 in einem solchen Abstand von dem Dauermagneten 2 angeordnet, daß das Auslöseelement 14 von der vom Kurzschlußstrom durch flossenen Auslöserspule 12 angezogen, vom Dauermagneten 2 abgehoben und durch die Wirkung der Speicherfeder 13 mit erhöhter Geschwindigkeit in Auslöserichtung 15 bewegt wird.

Zwischen Auslöseelement 14 und umgebender Auslöserspule 12 ist ein gehäusefester, vorzugsweise zylindrischer rohrförmi ger Führungskörper 18 für das Auslöseelement 14 angeordnet, der zugleich der endseitigen Befestigung einer als Speicher feder 13 vorgesehenen Schraubenzugfeder dient, die mit ihrem anderen Federende an dem Auslöseelement 14 befestigt ist und mit ihren Windungen als Anschlagbegrenzung für das Auslöse element 14 dienen kann. Die Federkraft der Speicherfeder 13 kann einstellbar sein, wodurch sich der Schnellauslöser 1 leicht auf einen bestimmten Auslösestrom eichen läßt.

Wie in Fig. 1 weiterhin gezeigt ist, sitzt das Auslöseelement 14 in der Ruhestellung mit einem unteren Flanschteil 19 auf dem Dauermagneten 2 auf, und in das von der Schaltstange 3 entfernt liegende offene Ende 20 des rohrförmigen Auslöse elements 14 ragt ein Betätigungselement 21 eines Schalt schlosses 22 hinein, das auf den Schnellauslöser 1 aufgesetzt ist und vom Auslöseelement 14 oder von einer als Auslöseele ment dienenden Auslösestange ausgelöst werden kann.

Wie Fig. 2 zeigt, ist das Auslöseelement 14 durch das Magnet feld, das durch den Überlaststrom in der Spule 12 erzeugt worden ist, unterstützt durch die Zugkraft der Speicherfeder 13, von dem Dauermagneten 2 dauerhaft abgehoben, während die Schaltstange 3 schneller in die Offenstellung von Fig. 2 bewegt worden ist.

Statt des Ausführungsbeispiels von Fig. 1 und 2 ist auch eine Ausführungsvariante möglich, bei der das Auslöseelement 14 die Kontakte des Schaltgerätes auseinanderdrückt, statt sie, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, auseinanderzuziehen. So zeigen Fig. 3 und 4 eine abgewandelte Ausführungsform, bei der das Auslöseelement 14 als Auslösestange 23 ausgebildet ist und ein Betätigungselement 21a eines Schaltgerätes 22a unmittelbar beaufschlagt, so daß dessen Kontakte 24 schon bei Überlastströmen, die unterhalb der Grenze für eine selbstän dige Kontaktabhebung liegen, sicher geöffnet werden.

Eine solche Anordnung kann auch für eine drehende Bewegung ausgebildet sein, wobei zur Verringerung des Trägheitsmomen tes nicht das gesamte Auslöseelement aus ferromagnetischem Material besteht. Die Betätigung des Schaltgerätes (Schalt schloß und Kontakte) kann zum Beispiel durch einen gesonder ten Schwenkhebel, der sich mit derselben Achse wie das Auslöseelement dreht, oder durch eine Verlängerung des Auslöseelementes an einer an das Schaltgerät angepaßten Stelle, erfolgen.

Ein solches Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 gezeigt. Das Auslöseelement 14 ist als Schwenkhebel 25 ausgebildet, der um eine radial außerhalb der Auslöserspule 12 angeordnete Dreh achse 26 schwenkbar ist. Der Schwenkhebel 25 sitzt außerdem mit einem ferromagnetischen Teil 14a auf dem Dauermagneten 2 auf und trägt an der gegenüberliegenden Seite seines Hebel armes einen weiteren ferromagnetischen Teil 14b, der um die Drehachse 26 des Auslöseelements 14 kreisbogenförmig gekrümmt ist und mit seinem als Auslösestange 23 dienenden Ende in die entsprechend gekrünmte Auslöserspule 12 endseitig teilweise eintaucht.

Ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 und 4 ist hierbei auf die von dem Dauermagneten 2 abgewandte Stirnsei te der Auslöserspule 12 ein Schaltgerät 22a für eine direkte Betätigung durch das Auslöseelement 14 aufgesetzt.

Der Schwenkhebel 25 kann entweder durch eine an seiner Dreh achse 26 angeordnete Drehfeder 27 oder durch eine am Hebelarm selbst angreifende Zug- oder Druckfeder 28, 29 in Auslöse richtung 15 vorgespannt sein.

Liste der Bezugszeichen

1 Schnellauslöser
2 Dauermagnet(-ring)
3 Betätigungsstange
4 Schalter
12 Spule, Auslöserspule
13 Speicherfeder
14 Auslöseelement
14a ferromagnetischer Teil
14b ferromagnetischer Teil
15 Auslöserichtung
16 Kragen
17 Gegenkragen
18 Führungskörper
19 Flauschteil
20 offenes Ende
21 Betätigungselement
22a Betätigungselement
22 Schaltschloß
22a Schaltgerät
23 Auslösestange
24 Kontakte
25 Schwenkkabel
26 Drehachse
27 Drehfeder
28 Zug- oder Druckfeder
29 Zug- oder Druckfeder

Claims

1. Elektromagnetischer Schnellauslöser für elektrische Schaltgeräte, insbesondere für Hochleistungskontakte von Niederspannungsschaltgeräten, mit einem Dauermagneten und einem damit zusammenwirkenden Auslöseelement aus ferromagnetischem Material für einen Schalter, mit einer das Auslöseelement umgebenden Auslöserspule, deren Wicklung vom Laststrom durchflossen wird, und mit einer Speicherfeder, die die Bewegung des Auslöseelementes in die Auslösestellung unterstützt, dadurch ge kennzeichnet, daß das Auslöseelement (14) mit seinem ferromagnetischen Teil (14a) auf dem Dauer magneten (2) unmittelbar aufsitzt, und daß die Auslöser spule (12) in Auslöserichtung (15) des Auslöseelementes (14) in einem solchen Abstand von dem Dauermagneten (2) angeordnet ist, daß das Auslöseelement (14) von der Aus löserspule (12) angezogen und durch die Wirkung der Speicherfeder (13) mit erhöhter Geschwindigkeit in Auslöserichtung bewegt wird.

2. Elektromagnetischer Schnellauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslöseelement (14) rohrförmig ausgebildet ist, und daß in axialer Verlängerung des Auslöseelementes (14) eine Schaltstange (3) angeordnet ist, die von dem Auslöse element (14) in Auslöserichtung mitgenommen wird und nach Erreichen einer Endstellung des Auslöseelementes (14) gegenüber diesem teleskopartig frei verschiebbar ist.

3. Elektromagnetischer Schnellauslöser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstange (3) einen Kragen (16) aufweist, den das Auslöseelement (14) mit einem nach innen gerichteten Ge genkragen (17) hintergreift.

4. Elektromagnetischer Schnellauslöser nach den Ansprü chen 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß in das von der Schaltstange (3) entfernt liegende offene Ende des Auslöseelements (14) ein Betä tigungselement (21) eines auf den Schnellauslöser (1) aufgesetzten Schaltschlosses (22) hineinragt, das von der im Auslöseelement (14) teleskopartig verschiebbaren Schaltstange (3) im Kurzschlußfalle unmittelbar me chanisch beaufschlagt wird.

5. Elektromagnetischer Schnellauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die von dem Dauermagneten (2) abgewandte Stirnseite der Auslöserspule (12) ein Schaltgerät (22a) für eine direkte Betätigung durch eine als Auslöseelement (14) dienende Auslösestange (23) aufgesetzt ist.

6. Elektromagnetischer Schnellauslöser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Auslöseelement (14) und umgebender Auslöserspu le (12) ein gehäusefester, vorzugsweise zylindrischer rohrförmiger Führungskörper (18) für das Auslöseelement (14) angeordnet ist, der zugleich der endseitigen Befe stigung einer als Speicherfeder (13) vorgesehenen Schraubenzugfeder dient, die mit ihrem anderen Federende an dem Auslöseelement (14) befestigt ist.

7. Elektromagnetischer Schnellauslöser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenzugfeder (13) mit ihren Windungen als Anschlag begrenzung für das Auslöseelement (14) dient.

8. Elektromagnetischer Schnellauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicherfeder (13) eine Drehfeder (27) oder eine Druck feder (29) vorgesehen ist.

9. Elektromagnetischer Schnellauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft der an dem Auslöseelement (14) angreifenden Speicherfeder (13) einstellbar ist.

10. Elektromagnetischer Schnellauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslöseelement (14) mit einem unteren Flanschteil (19) auf dem Dauermagneten (2) aufsitzt.

11. Elektromagnetischer Schnellauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslöseelement (14) als Schwenkhebel ausgebildet ist, der um eine radial außerhalb der Auslöserspule (12) angeordnete Drehachse (26) schwenkbar ist, der mit einem ferromagnetischen Teil (14a) auf dem Dauermagneten (2) aufsitzt und der an einer gegenüberliegenden Seite seines Hebelarmes einen weiteren ferromagnetischen Teil (14b) aufweist, der um die Drehachse (26) des Auslöse elements (14) kreisbogenförmig gekrümmt ist und mit seinem als Auslösestange (23) dienenden Ende in die entsprechend gekrümmte Auslöserspule (12) endseitig zumindest teilweise eintaucht.