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Die
Erfindung betrifft einen einstellbaren elektromagnetischen Auslöser mit
- – einem
feststehenden Magnetkreis, der dazu dient, einem elektrischen Leiter
zugeordnet zu werden,
- – einem
beweglichen magnetischen Teil, das in einem festgelegten maximalen
Luftspaltabstand zum Magnetkreis gehalten wird,
- – Einstellmitteln
zur Veränderung
eines Stromansprechwerts des Leiters, bei welchem Wert das bewegliche
Teil von einer ersten Offen-Betriebsstellung in eine zweite Schließ-Auslösestellung übergeht.
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Elektromagnetische
Auslöser
umfassen auf bekannte Weise einen feststehenden Magnetkreis sowie
ein bewegliches Magnetteil, das in einem festgelegten Luftspaltabstand
zum genannten feststehenden Magnetkreis angeordnet ist. Der Magnetkreis und
das bewegliche Teil sind einem elektrischen Leiter eines zu schützenden
Netzes zugeordnet, der von einem Strom durchflossen wird. Der über den
Leiter fließende
elektrische Strom erzeugt einen magnetischen Fluß im Magnetkreis und im beweglichen
Teil. Übersteigt
der Strom einen festgelegten Wert, zieht ein Magnetfeld das bewegliche
Teil in Richtung des Magnetkreises an. Der festgelegte Stromwert
hängt vom
anfänglichen
Luftspaltabstand zwischen dem beweglichen Teil und dem Magnetkreis
sowie von der Spannung der Rückholfeder
ab.
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In
einem Leistungsschalter bewirkt der Auslöser bei Anzug des beweglichen
Teils die Abschaltung der Kontakte. Zur Einstellung des festgelegten Strom-Ansprechwerts
umfassen die Leistungsschalter Einstellorgane, die mit einer Einstellvorrichtung des
Auslösers
verbunden sind.
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Auf
bekannte Weise wirken Einstellvorrichtungen auf den Luftspaltabstand
zwischen dem beweglichen Teil und dem Magnetkreis oder auf die Kraft
einer Rückholfeder
des beweglichen Teils. Andere, insbesondere in den Patentschriften
DE 403 877 und GB 322095 beschriebene Einstellvorrichtungen umfassen
ein magnetisches Nebenschlußeisen mit
Luftspalt.
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Solche
Einstellvorrichtungen sind jedoch nicht sehr genau und erlauben
keine annähernd
lineare Einstellung über
einen großen
Einstellbereich des Auslöse-Ansprechwerts.
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Darüber hinaus
erlaubt die Form dieser Vorrichtungen weder eine einfache Anpassung
an verschiedene Leistungsschalter-Nenngrößen noch eine Kombination mit
Meßwandlern
für weitere
Schutzfunktionen.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen elektromagnetischen Auslöser anzugeben,
der eine genaue und einfach anzupassende Einstellvorrichtung umfaßt.
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Ein
erfindungsgemäßer Auslöser ist
im Patentanspruch 1 beschrieben.
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Das
magnetische Nebenschlußeisen
ist vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten feststehenden
Abschnitt, parallel zum beweglichen Teil angeordnet.
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Das
bewegliche magnetische Teil ist als in bezug zum ersten feststehenden
Abschnitt des Magnetkreises verschiebbarer Magnetkern ausgebildet, welcher
Kern in einer ersten Offenstellung einen Luftspalt großer Breite
in bezug zum zweiten feststehenden Abschnitt des Magnetkreises und
in einer zweiten Schließstellung
einen schmalen bzw. keinen Luftspalt in bezug zum genannten zweiten
feststehenden Abschnitt aufweist.
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Für hohe Ströme im elektrischen
Leiter umfaßt
der Magnetkreis mehrere verteilte Luftspalte.
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Ein
erfindungsgemäßer Leistungsschalter umfaßt Hauptkontakte,
einen, den Hauptkontakten zugeordneten Ausschaltmechanismus, Einstellmittel und
mindestens einen Auslöser,
der mindestens einem Hauptleiter zugeordnet ist, wobei die Einstellorgane
mit den Einstellmitteln des genannten Auslösers und das bewegliche magnetische
Teil mit dem Ausschaltmechanismus verbunden sind.
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Nach
einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung umfaßt ein erfindungsgemäßer Leistungsschalter
eine Verarbeitungseinheit, ein mit dem Ausschaltmechanismus verbundenes
Auslöserelais, mindestens
einen, mit der Verarbeitungseinheit verbundenen Meßwandler
zur Lieferung eines Signals, das einen über den Hauptleiter fließenden Strom
abbildet, sowie mit der Verarbeitungseinheit verbundene zweite Einstellmittel.
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Der
Meßwandler
ist vorzugsweise als in einem Luftspalt des Magnetkreises angeordneter Wandler
ausgeführt,
der auf eine magnetische Größe anspricht.
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Zum
besseren Verständnis
sind mehrere Ausführungsbeispiele
der Erfindung in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter
Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen
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1 das
Schaltbild eines Leistungsschalters bekannter Bauart.
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2 das
Schaltbild eines elektromagnetischen Auslösers bekannter Bauart.
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3 das
Schaltbild eines vom erfindungsgemäßen Auslöser abweichenden elektromagnetischen
Auslösers.
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4 das
Schaltbild eines elektromagnetischen Auslösers nach einer ersten Ausgestaltung der
Erfindung;
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5 das
Schaltbild eines Leistungsschalters mit einem elektromagnetischen
Auslöser
nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
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Der
Leistungsschalter bekannter Bauart gemäß 1 umfaßt Kontakte 1,
die über
einen Ausschalt- und Einschaltmechanismus 2 angesteuert werden.
Die an, ein zu schützendes
Netz 4 speisende Leiter 3 angeschlossenen Kontakte 1 dienen
insbesondere dazu, bei Auftreten eines elektrischen Fehlers einen über die
genannten Leiter fließenden Strom
I zu unterbrechen.
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Bei
dem in 1 gezeigten Leistungsschalter werden kurzschlußbedingte
elektrische Fehler durch den Leitern 3 zugeordnete elektromagnetische Auslöser 5 erfaßt. Die
Auslöser 5 umfassen
ein bewegliches Teil 6, das über eine mechanische Verbindung 7 mit
dem Ausschaltmechanismus 2 verbunden ist. Der Leistungsschalter
umfaßt
ein Einstellorgan 8 zur Einstellung des Auslöseansprechwerts
entsprechend einem festgelegten Stromwert Is. Das Einstellorgan
kann direkt auf den Auslöser
oder auf die mechanische Verbindung 7 wirken.
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Übersteigt
ein Strom I des Leistungsschalters den Ansprechwert Is, wird das
bewegliche Teil des betreffenden Auslösers aktiviert, und die mechanische
Verbindung 7 beaufschlagt den Ausschaltmechanismus 2,
um die Abschaltung der Kontakte 1 zu bewirken.
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2 zeigt
einen elektromagnetischen Auslöser 5 mit
einem feststehenden Magnetkreis 9 sowie einem beweglichen
Teil 6, das durch eine Rückholfeder 10 in einer
Offenstellung gehalten wird. Der Magnetkreis 9 umfaßt einen
ersten feststehenden Abschnitt 9a und einen zweiten feststehenden
Abschnitt 9b. Das bewegliche Teil 6 ist als, an
einer Achse 11 angelenkter Anker ausgebildet. Zwischen
dem zweiten feststehenden Abschnitt 9b des Magnetkreises und
dem beweglichen Teil 6 ist ein Luftspalt 12 ausgebildet.
Der Luftspaltabstand 12 erreicht seine größten Wert,
wenn der Anker 6 in der Offenstellung steht. Das Einstellorgan 8 wirkt
auf den Anker 6, um den maximalen Luftspaltabstand einzustellen
und den Auslöseansprechwert
zu bestimmen. Diese Art der Einstellung ist allerdings bei einem
weiten Arbeitsbereich nicht sehr genau.
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Ein
vom erfindungsgemäßen Auslöser abweichender
Auslöser
gemäß 3 erlaubt
eine genauere Einstellung des Ansprechwerts. Dieser Auslöser umfaßt eine
Einstellvorrichtung mit Nebenschlußeisen und veränderbarem
Luftspalt. Das Nebenschlußeisen
ist zwischen dem ersten und dem zweiten feststehenden Abschnitt 9a und 9b,
parallel zum beweglichen Teil angeordnet.
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Bei
dem in 3 dargestellten Auslöser verschiebt sich ein auf
dem ersten feststehenden Abschnitt 9a aufliegendes Nebenschlußeisen 13 und definiert
dabei einen einstellbaren Luftspalt 14 in bezug zum zweiten
feststehenden Abschnitt 9b. Dabei wirkt das Einstellorgan 8 auf
das Nebenschlußeisen 13,
um den Luftspalt 14 zu verändern.
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Bei
einem breiten Luftspalt 14 verläuft der durch den Strom im
Leiter 3 erzeugte magnetische Fluß durch den Magnetkreis und
hauptsächlich über den
Luftspalt 12 durch das bewegliche Teil. Ein kleiner Teil
des Flusses durchsetzt das Nebenschlußeisen 13 sowie den
Luftspalt 14, und der Stromansprechwert Is ist minimal.
Der Ansprechwert hängt vom
Luftspaltabstand 12 ab. Der genannte Maximalabstand in
der Offenstellung des beweglichen Teils wird durch einen Anschlag 15 sowie
durch die Rückholfeder 10 begrenzt.
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Verschiebt
das Einstellorgan 8 das Nebenschlußeisen 13 in eine
Stellung mit kleinem Luftspalt 14, wird ein großer Teil
des im Stromkreis 9 erzeugten magnetischen Flusses über das
genannte Nebenschlußeisen
geführt.
Der das bewegliche Teil durchsetzende magnetische Fuß ist dann
geringer. Diese Verringerung des über das bewegliche Teil geführten Anteils
des magnetischen Flusses im Verhältnis
zum Fluß im
Magnetkreis 9 bzw. im Nebenschlußeisen 13 bewirkt
eine Erhöhung
des Auslöseansprechwerts
des Auslösers.
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Wird
bei einer bestimmten Magnetfeldstärke im Luftspalt 12 das
bewegliche Teil in Richtung des Magnetkreises angezogen, muß der dem
Auslöseansprechwert
entsprechende Stromwert Is größer sein, wenn
eine größerer Anteil
des magnetischen Flusses über
den Luftspalt geführt
wird.
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Eine
solche Einstellung ohne direkte mechanische Wirkung auf das bewegliche
Teil erlaubt eine große
Auslösegenauigkeit über einen
weiten Einstellbereich.
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4 zeigt
einen Auslöser
nach einer ersten vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung. In
diesem Fall ist das bewegliche Teil als Schiebekern ausgebildet
Der Kern 16 wird in bezug zum ersten feststehenden Abschnitt 9a des
Magnetkreises verschoben und definiert dabei in bezug zum zweiten
feststehenden Abschnitt 9b einen Luftspalt 12.
In einer Offenstellung hält
ein Anschlag 17 den Kern in einem festgelegten maximalen
Luftspaltabstand, wenn eine Feder 18 den genannten Kern
in Richtung des ersten feststehenden Abschnitts 9a beaufschlagt.
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Der
im Magnetkreis erzeugte magnetische Fluß wird zwischen dem Schiebekern 16 und
dem parallel dazu angeordneten Nebenschlußeisen 13 aufgeteilt.
Verringert sich der Luftspalt 14 durch entsprechende Ansteuerung
des Einstellorgans, steigt der Auslöseansprechwert an, da ein geringerer
Anteil des magnetischen Flusses den Kern 16 durchsetzt.
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Diese
Art der Einstellung, welche darin besteht, den Auslöseansprechwert
durch Veränderung des
Anteils des magnetischen Flusses in bezug zum beweglichen Teil zu
verändern,
erlaubt eine einfache Einstellung selbst bei sehr unterschiedlichen
Stromansprechwerten. Eine solche Anordnung erlaubt außerdem eine
einfache Anpassung an die jeweilige Nenngröße. So kann der Magnetkreis
beispielsweise für
hohe Ströme
einen oder mehrere verteilte Luftspalte zur Verringerung des magnetischen
Flusses umfassen. Auf diese Weise können das bewegliche Teil und
dessen Luftspalt, das Nebenschlußeisen und dessen Luftspalt
sowie das Einstellorgan unabhängig
von der Auslöser-Nenngröße unverändert bleiben.
Lediglich der feststehende Teil des Magnetkreises kann mehrere Luftspalte
zur Anpassung an die Nenngröße aufweisen.
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Ein
Auslöser
mit verteilten Luftspalten ist im Schaltbild eines Leistungsschalters
in 5 dargestellt. In dieser Schaltung umfaßt der Magnetkreis 9 zwei
zusätzliche
Luftspalte 19a und 19b zur Erhöhung der Nenngröße des Leistungsschalters.
Das bewegliche Teil ist in seiner zweiten Schließstellung, in Anlage am feststehenden
Abschnitt 9b zur Betätigung
des Ausschaltmechanismus' 2 dargestellt.
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Da
die Luftspalte 18a und 18b den magnetischen Fluß verringern,
ist ein höherer
Strom I erforderlich, um einen magnetischen Fluß zu erzeugen, der eine Auslösung ermöglicht.
Der Stromansprechwert Is wird dadurch höher, ohne daß sich die
Abmessungen oder Luftspalte des beweglichen Teils und des Nebenschlußeisens ändern.
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Der
Leistungsschalter in 5 umfaßt einen elektromagnetischen
Auslöser 5 nach
einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung, eine Verarbeitungseinheit 19,
ein Relais 20 und einen, mit der Verarbeitungseinheit verbundenen
Meßwandler 21.
Die in Kombination mit dem elektromagnetischen Auslöser verwendete
Verarbeitungseinheit erlaubt die Realisierung weiterer Schutzfunktionen,
beispielsweise einen thermischen Schutz oder einen Erdschlußschutz.
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Der
Meßwandler 21 liefert
ein Signal an die Verarbeitungseinheit, das den über den Leiter 3 fließenden Strom
abbildet. Dieser in einem Luftspalt 18a des Magnetkreises
angeordnete Meßwandler
ist vorzugsweise als ein auf eine magnetische Größe ansprechender Wandler, beispielsweise
als Meßwandler
mit Hallelement oder Feldplattenwiderstand ausgebildet.
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Die
Verarbeitungseinheit empfängt
die Signale des Meßwandlers
und beaufschlagt das Relais 20 mit einem Auslösebefehl,
wenn bestimmte Ansprechwerte über
eine festgelegte Zeitdauer überschritten
werden. Die Ansprechwerte der Verarbeitungseinheit werden von zweiten
Einstellmitteln 22 geliefert. Das Relais 20 betätigt den
Ausschaltmechanismus 2 zur Abschaltung der Kontakte, wenn
es einen Auslösebefehl
von der Einheit 12 erhält.
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Bei
anderen erfindungsgemäßen Leistungsschaltern
können
elektromagnetische Auslöser,
die Einstellvorrichtungen mit Nebenschlußeisen umfassen, in Kombination
mit thermischen Auslösern
verwendet werden.
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Die
Einstellvorrichtungen mit Nebenschlußeisen für erfindungsgemäße Auslöser können sehr unterschiedliche
Formen aufweisen und beispielsweise das als Schiebekern ausgebildete
bewegliche Teil teilweise umschließen.
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In
den Zeichnungen ist der Leiter 3 als geradliniger Leiter
dargestellt. Es ist jedoch möglich,
für Auslöser mit
kleinen Strömen
einen Leiter 3 zu verwenden, der aus mehreren, um dem Magnetkreis oder
die gesamte Anordnung aus Einstellvorrichtung und beweglichem Teil
gewickelten Windungen besteht.
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Bei
den oben beschriebenen Ausgestaltungen ist das bewegliche Teil als
Schiebekern ausgebildet.