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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Untereinheit für modulare
Schaltgeräte
der Art Unterbrecher sowie einen Unterbrecher, der die Untereinheit
enthält.
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Die
Unterbrecher zum Schutz der Leitung weisen im Allgemeinen in einem
modularen Gehäuse mit
Kunststoffschalen einen Schaltkreis, der sich zwischen zwei Klemmen
erstreckt, auf und enthalten einen Thermobimetallauslöser zum
Schutz der Leitung gegen Überlastungen
und zwischen einer Klemme und einem feststehenden Kontakt ein elektromagnetisches
Unterbrechungselement oder einen magnetischen Auslöser, der
oft mit diesen beiden Bestandteilen zusammengefasst ist, um eine
magnetische Untereinheit zu bilden.
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Der
magnetische Auslöser
weist im Wesentlichen eine Spule mit einem beweglichen Kern auf, verbunden
mit einem Schlagbolzen, um im Überstromfall
die Unterbrechung durch Öffnen
eines beweglichen Kontakts, der mit einem feststehenden Kontakt
zusammenwirkt, sicherzustellen.
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In
der Mehrzahl der Fälle
weist der Auslöser genauer
eine Induktionsspule auf, welche in Längsrichtung in einem Magnetjoch
angebracht ist und den beweglichen Kern umgibt, der mit einem Schlagbolzen
und einem feststehenden Kern verbunden ist, wobei eine zwischen
den Kernen angeordnete Rückholfeder
den Aufbau vollendet. Diese Feder ermöglicht insbesondere, dass der
bewegliche Kern in die Ruheposition und der Schlagbolzen in die
inaktive Position zurückgeholt
werden, das heißt
mit einem Abstand eines mechanischen Schlosses, welches das Öffnen der
Kontakte durch Umlegen des beweglichen Kontakts ermöglicht.
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Das
Magnetjoch ist aus einem Blech aus magnetischem Material gebildet,
das im Allgemeinen die Spule umgibt, um die erzeugten Feldlinien
richtig zu kanalisieren, wenn die Spule von einem Strom durchflossen
wird. Die einstückig
angebrachten magnetischen Untereinheiten werden dann auf einem Teil
der Kunststoffschale des Gehäuses
angebracht, wenn der Unterbrecher zusammengebaut wird.
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Wie
aus ihrer Funktion zu schließen
ist, sind die magnetischen Untereinheiten wesentliche Elemente des
Unterbrechers, und auf ihre Gestaltung wird folglich be sonderes
Augenmerk gelegt sowie sie Gegenstand zahlreicher Tests sind, die
dazu bestimmt sind, die Gültigkeit
der empfohlenen Lösungen
zu erproben. Da die Hauptfunktion mit dem Vorhandensein plötzlich auftretender Überströme verbunden
ist, werden bestimmte Tests selbstverständlich unter verschiedenen
Anordnungen von Kurzschlüssen
oder mindestens mit Strömen,
die ein Vielfaches des Nominalstroms sind, für den die Leistungen der magnetischen
Untereinheit gemessen werden, durchgeführt.
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Während extremer
Betriebszeiten ist einer der Parameter, auf den sich auf besonders
wichtige Weise die Kontrolle richtet, die Abreißkraft der Kontakte. Ziel der
Kontrollen und der sich daraus ergebenden Anpassungen ist es, die
Auslösebedingungen
des mechanischen Schlosses durch eine bessere Kontrolle des elektromagnetischen
Auslösers
und der von dem Schlagbolzen übertragenen
Kraft zu verfeinern.
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Das
Erwärmen
der verschiedenen Teile der magnetischen Untereinheit ist ebenfalls
ein wichtiger Parameter, für
den Tests mit Nominalstrom oder einem leicht größeren Strom durchgeführt werden
in dem Bestreben, dieses so weit wie möglich zu reduzieren.
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Es
ist somit bekannt, magnetische Untereinheiten für modulare Schaltgeräte der Art
Unterbrecher herzustellen, welche aufweisen:
- – eine Induktionsspule,
- – einen
beweglichen Magnetkern,
- – einen
Schlagbolzen, der mit dem beweglichen Kern versetzt wird,
- – ein
elastisches Rückstellmittel,
welches durch das Versetzen des Schlagbolzens gespannt wird.
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Es
sind magnetische Untereinheiten bekannt, zum Beispiel aus der Schrift
WO 99/63564, die einen feststehenden Führungszylinder, in dem ein beweglicher
Kern versetzt wird, der mit dem Schlagbolzen verbunden ist, sowie
einen feststehenden magnetischen Kern aufweisen.
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Um
alle Betriebsparameter und insbesondere den Sicherheitsparameter,
welche eine Zuverlässigkeit
des Abreißens
der Kontakte im Überstromfall gewährleisten,
zu berücksichtigen,
ist es schwierig, einen Parameter einzustellen, ohne dabei andere Betriebsparameter
zu beeinflussen.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es somit, die Anzahl der Bestandteile
der magnetischen Untereinheit zu reduzieren und zu vereinfachen,
um deren Montage zu erleichtern, wobei gleichzeitig die Zuverlässigkeit
der magnetischen Untereinheit erhalten bleibt.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Leistungen
der magnetischen Untereinheit zu steigern, ohne dabei hinsichtlich
des Einbaus in ein modulares Schaltgerät ihre Abmessungen zu vergrößern.
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Gemäß der Erfindung
ist der bewegliche Kern in einem beweglichen Träger angeordnet und fest mit
dem Schlagbolzen zusammengebaut.
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Es
wird somit eine bewegliche mechanische Untereinheit mit vereinfachtem
Aufbau erhalten, deren Einbau in ein Magnetjoch vereinfacht ist.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
sind der bewegliche Träger
und der Schlagbolzen einstückig beispielsweise
aus Kunststoff hergestellt.
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Der
bewegliche Träger
ist beispielsweise ein zylindrisches Teil, das an einem seiner Enden
durch einen Stift abgeschlossen ist, der den Schlagbolzen bildet.
Es wird somit eine Reduzierung der Anzahl der Bestandteile der magnetischen
Untereinheit und eine relativ einfache Montage erhalten, in dem
Rahmen, dass es ausreichend ist, den beweglichen Kern in den Zylinder,
der den beweglichen Träger
bildet, einzusetzen, um die bewegliche mechanische Untereinheit
zu erhalten.
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Der
bewegliche Kern weist des Weiteren keine Fase, Lochung oder Senkung
auf, wodurch seine Polschuhfläche
vergrößert wird.
Des Weiteren ist ein Schritt des Zusammenbauens des Schlagbolzens
mit dem beweglichen Kern nicht erforderlich.
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Das
elastische Rückstellmittel
ist beispielsweise zwischen dem beweglichen Träger und dem Magnetjoch angebracht.
Das elastische Rückholmittel
ist zum Beispiel aus einer biegsamen Zunge gebildet. Die Anordnung
des elastischen Rückstellmittels verhindert
jede Interaktion mit den Magnetfeldlinien, die in dem Spalt erzeugt
werden. Die Leistungen der magnetischen Untereinheit werden somit
verbessert und deren Einbau in das Joch wird gleichermaßen durch
die Gestaltung vereinfacht.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
weist die magnetische Untereinheit ein Führungsmittel in Translationsrichtung
des Schlagbolzens auf.
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Das
Führungsmittel
weist beispielsweise eine in dem Joch ausgearbeitete Öffnung auf,
die von dem Schlagbolzen durchquert wird.
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Die
Führung
in Translationsrichtung des Schlagbolzens stellt indirekt die Führung in
Translationsrichtung des mobilen Trägers und daraus resultierend
der beweglichen mechanischen Untereinheit sicher. Es ist kein zusätzliches
Führungsmittel
erforderlich, was somit zur Reduzierung der Anzahl der Bestandteile
der magnetischen Untereinheit gemäß der Erfindung beiträgt.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel weist
das Führungsmittel
eine in einem feststehenden Kern ausgearbeitete Öffnung auf, die von dem Schlagbolzen
durchquert wird.
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Der
feststehende magnetische Kern ist beispielsweise mit dem Joch fest
zusammengebaut.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
ist das Joch aus einem magnetischen Material hergestellt, wodurch
ein komplementäres
feststehendes magnetisches Element gebildet ist.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der magnetischen Untereinheit gemäß der Erfindung bildet ein
Teil des Jochs gegenüber
einer Polfläche
des beweglichen Magnetkerns das komplementäre feststehende Magnetelement.
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Das
Joch kann ebenfalls nicht magnetisch sein und einem feststehenden
Magnetkern zugeordnet sein oder nicht.
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Die
magnetische Untereinheit gemäß der Erfindung
weist außerdem
den Vorteil auf, an zahlreiche Einschränkungen anpassbar zu sein,
sowohl auf Struktur- als auch auf Funktionsebene.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
ist die Induktionsspule eine Spule mit getrennten Wicklungen. Die
Anzahl der Wicklungen kann vorteilhafterweise in dem Rahmen reduziert
werden, in dem die Polschuhfläche
des bewegliches Kerns vergrößert wird.
Das Fehlen des Kontakts zwischen den angrenzenden Wicklungen ermöglicht es
des Weiteren zu vermeiden, dass diese mit einer elektrisch isolierenden Emailleschicht
beschichtet werden müssen,
was zur Senkung der Herstellungskosten einer derartigen Induktionsspule
beiträgt,
ohne dass die Leistungen der magnetischen Untereinheit schlechter
werden.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
entfernen sich die Enden der Induktionsspule tangential von den
Wicklungen der Spule. Eine solche Gestaltung ermöglicht es, Faltvorgänge für die Enden
zu vermeiden und daraus resultierend die Herstellungskosten einer
solchen Induktionsspule zu senken.
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Die
vorliegende Erfindung findet insbesondere Anwendung im Bereich elektrischer
Unterbrecher, die eine magnetische Untereinheit wie oben beschrieben
enthalten.
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Andere
charakteristische Merkmale und Vorteile gehen ebenfalls aus der
genauen Beschreibung hervor, die nachstehend zu nicht einschränkenden Beispielzwecken
gegeben wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren, in
denen:
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1 eine
Explosionszeichnung eines Ausführungsbeispiels
einer magnetischen Untereinheit gemäß der Erfindung ist,
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2 eine
Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels
einer magnetischen Untereinheit gemäß der Erfindung ist,
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3 eine
Explosionszeichnung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer magnetischen
Untereinheit gemäß der Erfindung
ist,
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4 ein
Detail aus 3 darstellt,
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5 die
magnetische Untereinheit aus 3 darstellt,
wenn sie zusammengebaut ist,
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6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer magnetischen Untereinheit gemäß der Erfindung ist,
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7 eine
Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer magnetischen
Untereinheit gemäß der Erfindung
ist,
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8 einen
Unterbrecher darstellt, der eine magnetische Untereinheit gemäß der Erfindung
enthält.
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Die
als Beispiel in 1 dargestellte magnetische Untereinheit
weist ein Magnetjoch (1) auf, das beispielsweise aus magnetischem
Material hergestellt ist, sowie eine Induktionsspule (2),
die dazu bestimmt ist, in Längsrichtung
in dem Joch (1) angebracht zu werden.
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Das
Joch (1) ermöglicht
es, wenigstens teilweise die Magnetfeldlinien zu kanalisieren, die
durch einen elektrischen Strom erzeugt werden, der die Induktionsspule
(2) durchquert.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
kann das Joch (1) nicht magnetisch sein.
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Die
magnetische Untereinheit weist gleichermaßen einen beweglichen Magnetkern
(3) auf, der aus einem magnetischen Material, zum Beispiel Stahl,
hergestellt ist. Der Kern (3) weist eine im Wesentlichen
zylindrische Form und zwei Polflächen
(4) und (5) auf.
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Ein
Schlagbolzen (6), der sich mit dem beweglichen Kern (3)
versetzt, ist ebenfalls vorgesehen und ermöglicht es, einen elektrischen
Kontakt zu öffnen,
wenn er sich von einer inaktiven zu einer aktiven Position versetzt.
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Ein
elastisches Rückstellmittel
ist so vorgesehen, dass er durch das Versetzen des Schlagbolzens
(6) gespannt wird. Folglich holt das elastische Rückstellmittel
(7a, 7b), wenn die Zirkulation elektrischen Stroms
in der Induktionsspule (2) unterbrochen ist, den Schlagbolzen
(6) automatisch in seine inaktive Position zurück und der
elektrische Kontakt kann erneut geschlossen werden.
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Ein
feststehender Kontakt (8), mit welchem ein erstes Ende
(2a) der Induktionsspule (2) verbunden ist, ist
fest mit dem Joch (1) zusammengebaut oder stellt einen
Teil desselben dar. Ein Kontaktplättchen (9) ist vorteilhafterweise
an den feststehenden Kontakt (8) angesetzt.
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Eine
Klemme (10) zur Verbindung mit der magnetischen Untereinheit,
mit der das zweite Ende (2b) der Spule (2) verbunden
ist, ist gleichermaßen vorgesehen.
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Die
in 2 dargestellte magnetische Untereinheit weist
einen Spalt (11) auf, der zwischen der Polfläche (5)
des beweglichen Kerns (3) und einer Innenfläche (12)
des Jochs (1) angeordnet ist, wobei die eine (5)
der anderen (12) gegenüberliegt.
Ein Teil des Jochs (1) gegenüber der Polfläche (5)
des beweglichen Magnetkerns (3) bildet somit einen feststehenden
Magnetkern.
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Der
Spalt (11) ist bei diesem Ausführungsbeispiel ohne feststehenden
Magnetkern und wird wenigstens teilweise zum Äußeren der Magnetspule (2)
verschoben.
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Der
bewegliche Kern (3) ist ebenfalls in seiner Form vereinfacht,
welche beispielsweise zylindrisch ist.
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Die
Verbindungsklemme (10) wird vorteilhafterweise durch ein
Magnetteil (10a) verlängert,
das sich entlang der Spule (2) erstreckt und ermöglicht, teilweise
die von der Induktionsspule (2) erzeugten Magnetfeldlinien
zu kanalisieren. Das Joch (1) sowie das Magnetteil (10a)
grenzen somit einen Sitz ab, in den die Magnetspule (2)
eingesetzt wird.
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Gemäß dem in 7 dargestellten
Ausführungsbeispiel
weist die magnetische Untereinheit einen feststehenden Magnetkern
(3a) auf, der mit dem Joch (1) fest zusammengebaut
ist und von dem Schlagbolzen (6) durchquert wird. Der Spalt
(11) ist zwischen den einander gegenüber liegenden Polflächen des
beweglichen Kerns (3) und des feststehenden Kerns (3a)
angeordnet. Der Spalt (11) erstreckt sich dann in ein von
der Magnetspule (2) abgegrenztes Innenvolumen. Der feststehende
Kern (3a) wird mit jedem bekannten Mittel an dem Joch (1)
befestigt, und insbesondere durch Presssitz oder durch Schweißen.
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Der
bewegliche Kern (3) ist in einem beweglichen Träger (13)
angeordnet, der von dem beweglichen Kern (3) mitgenommen
wird und fest mit dem Schlagbolzen (6) zusammengebaut ist.
Es wird somit eine bewegliche mechanische Untereinheit erhalten, die
durch Zirkulation eines Überstroms
in der Induktionsspule (2) versetzt wird. Die Abmessungen
des beweglichen Kerns (3) und des Spalts (11)
werden entsprechend der Abreißkraft
gewählt,
die erforderlich ist, um dem Schlagbolzen (6) zu ermöglichen,
einen elektrischen Kontakt zu öffnen.
Das Versetzen des Schlagbolzens (6) ermöglicht es, einen beweglichen Kontakt
(8a) abzureißen,
der auf dem Kontaktplättchen
(9) aufliegt, und die Zirkulation eines elektrischen Stroms
in der Induktionsspule (2) zu unterbrechen. Das elastische
Rückstellmittel
ermöglicht
es ab Unterbrechung der Zirkulation elektrischen Stroms in der Induktionsspule
(2), die bewegliche mechanische Untereinheit, nämlich den
beweglichen Kern (3), den beweglichen Träger (13)
und den Schlagbolzen (6), in ihre inaktive Position zurückzuholen.
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Vorteilhafterweise
sind der bewegliche Träger
(13) und der Schlagbolzen (6) einstückig zum Beispiel
aus Kunststoff oder jedem anderen elektrisch isolierenden Material
herzustellen. Der bewegliche Träger
(13) ist ein zylindrisches Teil, das an einem seiner Enden
durch einen Stift abgeschlossen ist, der den Schlagbolzen (6)
bildet. Die Herstellung eines solchen beweglichen Trägers (13)
durch Spritzgießen
ist somit besonders einfach und seine Abmessungen werden derart
gewählt,
dass er mit dem beweglichen Kern (3) durch einen einfachen
Einsteckvorgang fest zusammengebaut werden kann. Andere bekannte
Techniken wie beispielsweise Kleben können ebenfalls vorgesehen werden,
um den beweglichen Kern (3) und den beweglichen Träger (13)
fest zusammenzubauen.
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Das
elastische Rückstellmittel
ist zwischen dem beweglichen Träger
(13) und dem Magnetjoch (1) angeordnet. Das elastische
Rückstellmittel
ist beispielsweise aus einer biegsamen Zunge (7a) gebildet,
welche Öffnungen
aufweist, die geeignet sind, von den Positionierungskontakten (1a)
durchquert zu werden, die in mehr oder weniger großer Anzahl
auf dem Joch (1) vorhanden sind.
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In
dem als Beispiel in 2 oder 7 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist klar ersichtlich, dass der Schlagbolzen (6) eine in
dem Joch (1) ausgearbeitete Öffnung (1b) durchquert.
Die Öffnung (1b)
bildet ein Führungsmittel
in Translationsrichtung des Schlagbolzens (6) und indirekt
ein Führungsmittel
der beweglichen mechanischen Untereinheit, wobei die Letztgenannte
nicht durch die elastischen Rückstellmittel
mit dem Joch (1) verbunden ist. In dem in 7 dargestellten
Ausfüh rungsbeispiel greift
der feststehende Kern (3a) in die Öffnung (1b) ein und
bildet ein Führungsteil
für den
Schlagbolzen (6).
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Die
Induktionsspule (2) weist vorteilhafterweise getrennte
Wicklungen auf. Unter Berücksichtigung
der Tatsache, dass die Polfläche
(5) relativ bedeutend ist und weder Absatz noch Fase oder
Senkung aufweist, die geeignet sind, die Magnetfeldlinien zu verändern, ermöglicht die
Reduzierung der Anzahl an Wicklungen, die den beweglichen Kern (3) umgeben,
das Bewahren oder sogar Verbessern der Leistungen der magnetischen
Untereinheit.
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Des
Weiteren ermöglicht
es die Trennung oder das Fehlen von Kontakt zwischen den angrenzenden
Wicklungen, jede Beschichtung der Art elektrisch isolierendes Emaille
auf den Wicklungen wegzulassen.
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Die
Enden (2a) und (2b) der Induktionsspule (2)
entfernen sich tangential von den Wicklungen der Spule (2).
Jeglicher Faltvorgang der Enden (2a, 2b) entfällt. Es
wird somit weiterhin eine Senkung der Herstellungskosten einer derartigen
Induktionsspule (2) erzielt.
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Das
elastische Rückstellmittel
kann gleichermaßen,
wie in 3 bis 5 dargestelllt ist, aus einer
elastischen Lamelle (7b) gebildet sein, die mit dem beweglichen
Träger
(13) fest zusammengebaut ist. Die elastische Lamelle (7b)
erstreckt sich zum Beispiel zum Äußeren des
Zylinders, der den beweglichen Träger (13) bildet, in
Form einer peripheren Einfassung. Die Letztgenannte liegt dann auf
einer Seitenfläche
(1a) des Jochs (1) auf. Bei einer Versetzung des
beweglichen Trägers
(13) verformt sich die elastische Lamelle (7b)
und nimmt dann bei Unterbrechung des in der Induktionsspule (2)
zirkulierenden elektrischen Stroms ihre Anfangsform ein, wobei sie
den Schlagbolzen (6) in seine inaktive Position zurückbringt.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
magnetischen Untereinheit gemäß der Erfindung, welches
als Beispiel in 6 dargestellt ist, ist das elastische
Rückstellmittel
aus einer elastischen Rundscheibe (7c) gebildet, die in
dem Spalt (11) angeordnet ist. Die elastische Rundscheibe
(7c) liegt auf der Innenfläche (12) des Jochs
(1) und auf einem der Enden des beweglichen Trägers (13)
auf. Bei einer Versetzung des beweglichen Trägers (13) wird die
elastische Rundscheibe (7c) zusammengedrückt. Bei
Unterbrechung der Zirkulation des elektrischen Stroms in der Induktionsspule
(2) nimmt die elastische Rundscheibe (7c), die
zum Beispiel aus Kunststoff oder Metall oder aus Schaumstoff hergestellt
ist, ihre Anfangsform wieder ein und bringt den beweglichen Träger (13)
in seine Ruheposition, die der inaktiven Position des Schlagbolzens
(6) entspricht, zurück.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel ist
das Joch (1) nicht magnetisch, und dem Joch (1) ist
kein Magnetkern zugeordnet. Die Versetzung des beweglichen Kerns
(3) wird durch eine gegebene Lokalisierungszone mit einer
maximalen Dichte der Magnetfeldlinien erhalten, zu der sie mitgenommen wird.
Eine derartige Versetzung ist ausreichend, um den Schlagbolzen (6)
zu betätigen.
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8 stellt
in Teilschnittansicht zu Zwecken der Anschaulichkeit einen Unterbrecher
(15) gemäß der Erfindung
dar. Der Unterbrecher (15), welcher die magnetische Untereinheit
gemäß der Erfindung
enthält,
weist ein modulares Gehäuse
(16) auf, das mit Befestigungsmitteln (17) versehen
ist, zum Beispiel auf einem Träger
der Art Montageschiene (nicht dargestellt).
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Der
Unterbrecher (15) weist ein Betätigungselement der Art Kippgriff
(18) auf, welches es ermöglicht, den beweglichen Kontakt
(8a) zwischen einer Öffnungs-
und Schließposition
(s. 8) der elektrischen Verbindung mit dem feststehenden
Kontakt (8) zu versetzen.
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Im Überstromfall
wirkt der Schlagbolzen (6) auf ein mechanisches Schloss
(19), wie an sich bekannt, ein, welches den beweglichen
Kontakt (8a) versetzt, um die elektrische Verbindung mit
dem feststehenden Kontakt (8) zu öffnen. Das Öffnen bewirkt die Unterbrechung
der Zirkulation eines elektrischen Stroms zwischen den Verbindungsklemmen
(10) des Unterbrechers und bringt aufgrund des mechanischen
Schlosses (19) automatisch den Griff (18) in die
Position zurück,
die der Trennung des feststehenden (8) und des beweglichen
(8a) Kontakts entspricht.
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Das
mechanische Schloss (19) kann betätigt werden, um die Zirkulation
des Stroms entweder durch den Schlagbolzen (6) oder durch
einen in dem Unterbrecher (15) enthaltenen Thermobimetallauslöser (nicht
in den Zeichnungsfiguren dargestellt) zu unterbrechen.