DE9002197U1 - Circuit breaker with an electromagnetic release device - Google Patents
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Abstract
Description
FH 88/11 spa-wöFH 88/11 spa-week
"LeitungsschutzschaLter mit einem elektromagnetischen Aus Löseorgan""Circuit breaker with an electromagnetic release device"
Die Erfindung betrifft einen LeitungsschutzschaLter mit einem aLs Sch Lagankersyst em ausgeführten elektromagnetischen Auslöseorgan, dessen Erregerwicklung von einem rahmenförmigen. aus einem ferromagnetisehen Blechstreifen gebildet en Magnetjoch umschlossen ist, welches seinerseits eine einstückig angeordnete, in eine Lichtbogenlaufschiene übergehende hornartige Festkontaktstelle aufweist, und mit einer unterhalb des Aus Löseorgans befindlichen Löschkammer mit parallel zum Schlagankersystem angeordneten Löschblechen sowie mit einer senkrecht dazu orientierten, seitlich des Auslöseorgans und vor der Stirnseite des LöschbLechpaketes angeordneten beweglichen Kontakteinrichtung.The invention relates to a circuit breaker with an electromagnetic tripping device designed as a striking armature system, the excitation winding of which is enclosed by a frame-shaped magnetic yoke made of a ferromagnetic sheet metal strip, which in turn has a horn-like fixed contact point arranged in one piece and merging into an arc guide rail, and with an extinguishing chamber located below the tripping device with extinguishing plates arranged parallel to the striking armature system and with a movable contact device oriented perpendicularly to it, arranged to the side of the tripping device and in front of the front side of the extinguishing plate package.
Ein soLches Schaltgerät ist aus der DE 30 31 549 A1 bekannt. Hierbei umgibt ein rahmenförmig geschlossenes Magnet j och die Erregerwicklung des Auslöseorgans voLLständig. Das in ein Lichtbogenleitblech auslaufende Fe stkontaktstück ist mit dem Magnetjoch verbunden, indem diese Teile insgesamt einstückig aus einem veredelten St ah Ib lechstreifen gestanzt und gefaltet sind. Um den geschlossenen Rahmen des Magnetjochs zu erhalten, überlappen sich die Schenkel auf der Seite des Festkontaktstückes und werden zusätzlich vernietet. Nachteilig bei diesem Magnet aus löser ist der erhebliche mengenmäßige Mehraufwand an relativ teurem Werkstoff sowie ein zusätzlich erforderlicher mechanischer Arbeitsvorgang.Such a switching device is known from DE 30 31 549 A1. Here, a frame-shaped closed magnetic yoke completely surrounds the excitation winding of the release device. The fixed contact piece, which ends in an arc guide plate, is connected to the magnetic yoke by punching and folding these parts as a single piece from a refined sheet steel strip. In order to obtain the closed frame of the magnetic yoke, the legs overlap on the side of the fixed contact piece and are also riveted. The disadvantage of this magnetic release is the considerable additional expenditure on relatively expensive material as well as an additional mechanical work process required.
Des weiteren ist aus der DE-OS 1 966 598 ein elektrischer Kleinselbstschalter bekannt, bei dem ein den Auslösemagneten umgebendes Rückschlußblech zugleich als Träger des Festkontaktstückes dient und mit einemFurthermore, from DE-OS 1 966 598 a small electrical switch is known in which a back plate surrounding the release magnet also serves as a carrier of the fixed contact piece and is connected to a
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Lichtbogenableithorn versehen ist. Letzteres befindet sich sehr weit entfernt vom Magnet j och und ist zudem schräg zur Achsrichtung des Auslösers abgeknickt. Eine solche Löschkammer ist für Schalter mit dem heute üblichen hohen Scha Ltvermögen nicht geeignet.Arc discharge horn. The latter is located very far away from the magnet yoke and is also bent at an angle to the axis of the release. Such an arcing chamber is not suitable for switches with the high switching capacity that is common today.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Leitungsschutzschalter der eingangs genannten Art das Magnet j och des Auslöseorgans konstruktiv zu vereinfachen sowie materialsparend auszubilden und ihm zugleich im angrenzenden Löschkammer- und Kontaktbereich des Schalters eine optimale Gestaltung dafür zu geben, daß der Lichtbogen von der Kontaktstelle schnell ablaufen kann und eine Kommutierung des Lichtbogens auf der Festkontaktseite auszuschließen ist.The invention is based on the object of simplifying the construction of the magnet yoke of the tripping element in a circuit breaker of the type mentioned at the beginning and of designing it in a way that saves material and at the same time giving it an optimal design in the adjacent arcing chamber and contact area of the switch so that the arc can quickly run away from the contact point and commutation of the arc on the fixed contact side can be excluded.
Diese Aufgabe wird durch einen Leitungsschutzschalter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 ge I öst . Weiterbi Idungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a circuit breaker with the characterizing features of claim 1. Further developments and advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Die Erfindung ist insofern vorteilhaft, als mit geringem Materialaufwand eine kostengünstige Lichtbogenlöscheinrichtung herstellbar ist, die zudem eine hohe Laufgeschwindigkeit des Schaltlichtbogens im Vorkammerbereich gewährleistet. Dabei wird der Lichtbogen besonders im kritischen Bereich vor den Löschblechen durch das Festkontaktstück und die Lichtbogenlaufschiene, die beide vorwiegend aus ferromagnetischem Material bestehen, sicher und schnell angetrieben. Aufgrund der besonderen Anordnung wird der die Lichtbogenlaufschienen umgebende magnetische Fluß des Kurzschlußstromes im Bereich des Vorkammerraumes verstärkt und die hier entstehende sehr wirksame Blasung sorgt für einen schnellen Lichtbogenablauf von der Kontaktstelle. Ferner verringern die vorgeschlagenen Maßnahmen die Rückzündungsneigung des Schalters erheblich.The invention is advantageous in that a cost-effective arc extinguishing device can be produced with little material expenditure, which also ensures a high running speed of the switching arc in the prechamber area. The arc is driven safely and quickly, particularly in the critical area in front of the quenching plates, by the fixed contact piece and the arc guide rail, both of which are predominantly made of ferromagnetic material. Due to the special arrangement, the magnetic flux of the short-circuit current surrounding the arc guide rails is increased in the area of the prechamber space and the very effective blowing that occurs here ensures that the arc runs quickly away from the contact point. Furthermore, the proposed measures significantly reduce the switch's tendency to reignite.
Anhand der Zeichnung ist die Erfindung nachstehend näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Leitungsschutzschalter mit im Bereich des Auslöseorgans und der Löschkammer geöffneter oberer Gehäuseschale,Fig. 1 shows a schematic of a circuit breaker with the upper housing shell open in the area of the tripping device and the extinguishing chamber,
während in
Fig. 2 ein Schnitt durch die Löschkammer gemäß derwhile in
Fig. 2 a section through the extinguishing chamber according to the
Linie II-II der Fig. 1 wiedergegeben ist. In Fig. 3 ist das Auslöseorgan mit einem Magnetjoch inLine II-II of Fig. 1. In Fig. 3 the release mechanism is shown with a magnetic yoke in
abgewandelter Form dargestellt, wobei
Fig. 4 die zugehörige Seitenansicht zeigt. Fig. 5 und
Fig. 6 zeigen weitere alternativ mögliche Ausführungsformen des Magnetjochs im Rahmen des
Erfindungsgedankens.modified form, with Fig. 4 showing the corresponding side view. Fig. 5 and
Fig. 6 shows further alternative possible embodiments of the magnetic yoke within the scope of the inventive concept.
Der gezeigte Leitungsschutzschalter in Schmalbauweise hat ein aus zwei Gehäuseschalen da, 1b) gebildetes, von mehreren Nietbolzen (1c) zusammengehaltenes Gehäuse (1), das im oberen Teil einen lediglich angedeuteten Schaltmechanismus (2) aufnimmt. Im mittleren Bereich des Gehäuses ist ein elektromagnetisches Auslöseorgan (3) angeordnet, während der darunter befindliche Sockelbereich überwiegend als Löschkammer (4) ausgebildet ist. Diese ist größtenteils mit parallel zur Bodenfläche des Schalters angeordneten, untereinander paketartig auf Abstand verbundenen Löschblechen (4a) ausgefüllt und mit die Löschbleche beiderseits flankierenden Lichtbogen I aufschienen (5f) bzw. (6) an ihren Schmalseiten begrenzt. Dabei ist die obere Lichtbogenlaufschiene (5f) Teil eines Magnet j ochs (5), welches als Eisenrückschluß eine Erregerwicklung (3a) rahmenförmig umgibt. Innerhalb der Erregerwicklung sind wiederum Eisenkerne eines Schlagankersystems (3b)The shown circuit breaker in narrow design has a housing (1) made up of two housing shells (1b) held together by several rivet bolts (1c), which accommodates a switching mechanism (2) that is only indicated in the upper part. An electromagnetic triggering device (3) is arranged in the middle area of the housing, while the base area below is mainly designed as an arcing chamber (4). This is mostly filled with arcing plates (4a) arranged parallel to the base of the switch and connected to one another in a package-like manner at a distance, and is limited on its narrow sides by arcing rails (5f) or (6) flanking the arcing plates on both sides. The upper arcing rail (5f) is part of a magnet yoke (5) which, as an iron return path, surrounds an excitation winding (3a) in the form of a frame. Inside the excitation winding, there are iron cores of a striking armature system (3b).
angeordnet, welches Letztlich bei einem KurzschLußstrom den Entklinkungshub des elektromagnetischen Auslöseorgans am Stößel (3c) abgibt.which ultimately, in the event of a short-circuit current, releases the release stroke of the electromagnetic release element on the plunger (3c).
Das Magnet j och (5) ist einstückig aus einem Blechstreifen hergestellt und hat oberhalb sowie zu beiden Stirnflächen der Erregerwicklung (3a) einen U-schenkligen Bereich mit einem freien Schenkel (5a), einem Verbindungsjoch (5b) und einem kontakt seitigen Schenkel (5c), an dessen Schenkelende übergangslos eine ohrenförmig vorstehende Festkontaktstelle (5d) mit rückwärts gebogenem Kontakthorn (5e) ausgebildet ist, welches letztlich in die obere Lichtbogenlaufschiene (5f) übergeht. Dabei bildet das Magnetjoch mit seinen Abschnitten (5a, 5b, 5c, 5f) einen nahezu eisengeschlossenen rechteckigen Rahmen um die Erregerwicklung (3a). Wie aus den Figuren ohne weiteres ersichtlich ist, sind das Ende des kontaktseitigen Schenkels (5c) im Übergang zur FestkontaktsteI Ie (5d) und das schräg vor der Stirnkontur der oberen Löschbleche entlanggeführte Kontakthorn (5c) im Übergang zur Lichtbogenlaufschiene (5f) nahezu eckenbündig eingeschnürt, während an der gegenüberliegenden Rahmenecke das Ende des freien Schenkels (5a) rechtwinklig auf das freie Ende der Lichtbogenlaufschiene (5f) zustrebt, ohne diese jedoch zu berühren. Eine nicht dargestellte Trennwand im Gehäuse zwischen Erregerwicklung und Lichtbogenlaufschiene (5f) gewährleistet, daß bei einem Kurzschlußstrom unter dem Einfluß der magnetischen Kräfte keine leitende Verbindung zwischen Schenkel (5a) und Lichtbogenlaufschiene (5f) auftreten kann. Dies ist insofern wesentlich, als bei Berührung an dieser Rahmenecke eine Stromrichtungsumkehr auftreten und somit die magnetische Blasung behindert würde.The magnet yoke (5) is made in one piece from a sheet metal strip and has a U-shaped area above and on both end faces of the excitation winding (3a) with a free leg (5a), a connecting yoke (5b) and a contact-side leg (5c), at the end of which an ear-shaped protruding fixed contact point (5d) with a backward-curved contact horn (5e) is formed without transition, which ultimately merges into the upper arc guide rail (5f). The magnet yoke with its sections (5a, 5b, 5c, 5f) forms an almost iron-closed rectangular frame around the excitation winding (3a). As can be clearly seen from the figures, the end of the contact-side leg (5c) in the transition to the fixed contact point (5d) and the contact horn (5c) that runs diagonally in front of the front contour of the upper quenching plates in the transition to the arc guide rail (5f) are almost constricted flush with the corner, while at the opposite corner of the frame the end of the free leg (5a) moves at right angles towards the free end of the arc guide rail (5f), but without touching it. A partition wall (not shown) in the housing between the excitation winding and the arc guide rail (5f) ensures that in the event of a short-circuit current under the influence of the magnetic forces, no conductive connection can occur between the leg (5a) and the arc guide rail (5f). This is important in that if there is contact at this corner of the frame, the direction of the current will reverse, thus hindering the magnetic blowout.
Ferner ist die Erregerspule (3a) einerseits mit einer Ausgangsklemme (7) und andererseits mit dem kontaktseitigen Schenkel (5c) vorzugsweise durch einen Schweißvorgang elektrisch leitend verbunden, so daß sie in Reihe mit der Festkontaktstelle (5d) liegt, die insbesondere durch ein aufgelötetes Kontaktplättchen (5d') markiert ist. Auf dieses arbeitet ein lediglich schematisch gezeigter beweglicher Kontakthebel (8), der über eine flexible Leitung (8a), einem thermischen Auslöser (9) und eine Verbindungs I eitung (10a) mit einer Eingangsklemme (10) in Reihe geschaltet ist. Der thermische Auslöser (9) in Form eines Bimetalls ist in nicht näher dargestellter Weise mit dem einen Ende der Lichtbogen Ieitschiene (6) verbunden und dort justierbar.Furthermore, the excitation coil (3a) is electrically connected on the one hand to an output terminal (7) and on the other hand to the contact-side leg (5c), preferably by a welding process, so that it is in series with the fixed contact point (5d), which is marked in particular by a soldered-on contact plate (5d'). A movable contact lever (8) works on this, which is only shown schematically and is connected in series to an input terminal (10) via a flexible line (8a), a thermal trigger (9) and a connecting line (10a). The thermal trigger (9) in the form of a bimetal is connected in a manner not shown in more detail to one end of the arc guide rail (6) and can be adjusted there.
In der bevorzugten Ausführungsart sind die beiden Lichtbogenlaufschienen (5f, 6) mit einer längs verlaufenden, quer profilierten Sicke (5f', 6') (Fig. 1, Fig. 2) versehen, die in Richtung der Löschbleche (4) vorstehend etwa in der Mitte jeder Lichtbogenlaufschiene, d. h. etwa in der Schwenkebene des beweglichen Kontakthebe I s (8) eingeprägt sind. Die Sicke an der oberen Lichtbogenlaufschiene (5f) beginnt dabei direkt unterhalb des Kontaktplättchens (5d') und schließt vorzugsweise höhenbündig damit ab. So ist sichergestellt, daß bei einem Abschaltvorgang der unter der Wirkung des magnetischen Blasfeldes von der Kontaktstelle (5d', 8') ablaufende Scha 11 I ichtbogen mit seinen Fußpunkten auf der Sicke entlangläuft und eine gute Führung in den LöschbIechst ape I erfährt, wobei zusätzliche Maßnahmen eine seitliche Begrenzung des Scha 11 I ichtbogens bewirken.In the preferred embodiment, the two arc guide rails (5f, 6) are provided with a longitudinal, transversely profiled bead (5f', 6') (Fig. 1, Fig. 2) which is embossed in the direction of the quenching plates (4) approximately in the middle of each arc guide rail, i.e. approximately in the pivoting plane of the movable contact lever (8). The bead on the upper arc guide rail (5f) begins directly below the contact plate (5d') and preferably ends flush with it. This ensures that during a shutdown process the arc running from the contact point (5d', 8') under the effect of the magnetic blowing field runs with its base points along the bead and is well guided into the quenching sheet, whereby additional measures cause a lateral limitation of the arc.
Gleiches gilt für den gegenüberliegenden Fußpunkt des Sc ha 11 I ichtbogens, der vom sich öffnenden Kontakthebel (8) unter der Wirkung des magnetischenThe same applies to the opposite base point of the Sc ha 11 light arc, which is opened by the contact lever (8) under the effect of the magnetic
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Blasfeldes auf die untere ferromagnetische Lichtbogenlaufschiene (6) überspringt und dort entlang der Sicke (61) in das Löschblechpaket einlaufen kann. Hierbei wird der Lichtbogen im kritischen Bereich des Vorkämmerräumes und vor den Löschblechen (4a) sicher und wirksam angetrieben, da aufgrund des einstückigen Magnet j ochs im vorwiegend aus ferromagnetischem Material bestehenden Kontaktbereich (5d, 5e) und im übergang zur oberen Lichtbogenlaufschiene (5f) der diese Teile umgebende magnetische Fluß verstärkt wird. Ein schneller Lichtbogenablauf von den Kontakthörnern entlang der beiden Lichtbogen lauf schienen in das Löschblechpaket ist damit gewährleistet, ohne daß es zu Rückzündungen an der Kontaktstelle kommt.Blowing field jumps over to the lower ferromagnetic arc guide rail (6) and can run there along the bead (6 1 ) into the quenching plate package. The arc is driven safely and effectively in the critical area of the pre-combustion chamber and in front of the quenching plates (4a) because the magnetic flux surrounding these parts is increased due to the one-piece magnet yoke in the contact area (5d, 5e) consisting predominantly of ferromagnetic material and in the transition to the upper arc guide rail (5f). A rapid arc run-off from the contact horns along the two arc guide rails into the quenching plate package is thus guaranteed without reignition at the contact point.
In einer abgewandelten Ausführungsart (Fig. 3, Fig. 4) ist das Auslöseorgan (3) im Bereich unterhalb der Erregerwicklung (3a) mit einem Trennschnitt oder Längsschlitz (5g) im Magnetjoch versehen, so daß neben der gegenüber den Schenkeln (5a, 5b, 5c) des Joches schmaler gehaltenen, nur in der Schaltermittelebene befindlichen Lichtbogenlaufschiene (5f) einseitig ein Längssteg (5h) verbleibt, der unmittelbar am Ende des kontaktseitigen Schenkels (5c) unter Auslassung des Kontaktstellenbereiches in Richtung des freien Schenkels (5a) abgewinkelt ist und an dessen Ende direkt anliegt. Dadurch ist ein vollständig geschlossener Eisenrahmen um die Erregerwicklung realisiert. Die eigentliche Lichtbogenlaufschiene (5f) ist neben dem Längssteg (5h) mit Abstand etwa parallel geführt und kann außer der gezeigten gI attf lachigen Ausbildung auch mit einer querprofilierten Sicke gemäß Fig. 1 und 2 versehen sein.In a modified design (Fig. 3, Fig. 4) the release element (3) is provided with a separating cut or longitudinal slot (5g) in the magnet yoke in the area below the excitation winding (3a), so that next to the arc guide rail (5f), which is narrower than the legs (5a, 5b, 5c) of the yoke and is only located in the middle plane of the switch, a longitudinal web (5h) remains on one side, which is angled directly at the end of the contact-side leg (5c), omitting the contact point area, in the direction of the free leg (5a) and rests directly against the end of the latter. This creates a completely closed iron frame around the excitation winding. The actual arc guide rail (5f) is guided approximately parallel to the longitudinal web (5h) at a distance and can, in addition to the smooth flat design shown, also be provided with a cross-profiled bead as shown in Fig. 1 and 2.
Eine weitere Abwandlung des Erfindungsgegenstandes, insbesondere bei hohen Stromstärken, ist die Verwendung eines Verbundwerkstoffes als Ausgangsmaterial für dasA further modification of the subject matter of the invention, particularly at high current intensities, is the use of a composite material as the starting material for the
Magnetjoch (5). Hierbei ist der Blechstreifen aus einer Eisenlegierung mit einer Plattierung (51) aus gut leitendem Material, vorzugsweise Kupfer, versehen, der maximal die halbe Streifendicke haben kann (Fig. 5). Die plattierte Außenseite des Blechstreifens mit einer Gesamtdicke von etwa 1 mm ist der Erregerwicklung (3a) abgekehrt und befindet sich so in gut leitender Verbindung mit der Kontaktstelle (5d) bzw. (5d'). Um auch die Erregerwicklung fertigungsgünstig direkt mit dem plattierten Werkstoff zu verbinden, ist vorzugsweise am kontaktsei t igen Schenkel des Magnetjochs eine Anschlußfahne (5i) nach innen gebogen, an der das eine Wicklungsende mit der plattierten Werkstoffseite Kontaktbe ruh rung hat. Zwischen Erregerwicklung und Kontaktstelle ergibt sich so ein geringer Widerstand, was bei höheren Nennströmen vorteilhaft ist.Magnetic yoke (5). Here, the sheet metal strip made of an iron alloy is provided with a plating ( 51 ) made of a highly conductive material, preferably copper, which can have a maximum of half the thickness of the strip (Fig. 5). The plated outside of the sheet metal strip with a total thickness of about 1 mm faces away from the excitation winding (3a) and is thus in a highly conductive connection with the contact point (5d) or (5d'). In order to connect the excitation winding directly to the plated material in a way that is favorable for production, a connection lug (5i) is preferably bent inwards on the contact-side leg of the magnetic yoke, at which one end of the winding makes contact with the plated side of the material. This results in a low resistance between the excitation winding and the contact point, which is advantageous for higher nominal currents.
Eine ähnlich vorteilhafte Wirkung ergibt sich bei der Ausführungsart nach Fig. 6, bei der ein Brückenteil (5k) aus gut leitendem Werkstoff zwischen der Erregerwicklung und der Kontaktstelle angeordnet ist. Das Brückenteil folgt der Außenkontur des Magnetjochs im ohrenförmig vorstehenden Kontaktste I Ienbereich (5d) und liegt dort außenseitig dicht an, wobei ein Ende mit der Erregerwicklung (3a) verbunden ist, während das andere Ende direkt als Kontaktstelle ausgebildet sein kann. Dies läßt sich beispielsweise durch einen Silberauftrag (5k1) auf dem Kupfergrundwerkstoff des Brückenteils realisieren, so daß ein zusätzliches Kontaktplättchen entfällt. Die Funktion des separaten eisengeschlossenen Magnet j ochs im eingangs beschriebenen Sinne bleibt auch bei dieser Ausführung voll erhalten.A similarly advantageous effect is obtained with the embodiment according to Fig. 6, in which a bridge part (5k) made of a highly conductive material is arranged between the excitation winding and the contact point. The bridge part follows the outer contour of the magnet yoke in the ear-shaped protruding contact point area (5d) and lies tightly against the outside, with one end being connected to the excitation winding (3a), while the other end can be designed directly as a contact point. This can be achieved, for example, by a silver coating (5k 1 ) on the copper base material of the bridge part, so that an additional contact plate is not required. The function of the separate iron-closed magnet yoke in the sense described at the beginning is also fully retained in this embodiment.
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