DE102007044844A1

DE102007044844A1 - Schalter, insbesondere Niederspannungs-Leistungsschalter

Info

Publication number: DE102007044844A1
Application number: DE200710044844
Authority: DE
Inventors: Enrico Dipl.-Ing. Bindl; Holger Dr. Neubert
Original assignee: Technische Universitaet Dresden; Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2009-03-19

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schalter (3), insbesondere Niederspannungsleistungsschalter, mit einem Auslöser (2), der einen Anker (4) aufweist, der längs einer Ankerachse verschoben wird, wenn die am einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet oder wenn am Auslöser (2) ein entsprechender elektrischer Spannungsimpuls (Uv) anliegt, wobei der Anker (4) von einem ersten Magnetfeld in der Haltestellung gehalten wird und wobei der Anker (4) von einem von einer zweiten Spule (16) erzeugten zweiten Magnetfeld in die Auslösestellung gezogen wird, wenn der Spannungsimpuls (Uv) an der zweiten Spule (16) anliegt. Um parasitäre Luftspalte zu vermeiden, ), bezogen auf die magnetischen Achsen der von ihnen erzeugten Magnetfelder, auf einer gemeinsamen Achse liegend, angeordnet sind, dass die erste Spule (10) sich in einem magnetflussleitenden Topf (12) befindet und dessen Topföffnung (13), der zweiten Spule (16) zugewandt, angeordnet ist, dass sich zwischen der Topföffnung (13) und der zweiten Spule (16) ein mit dem Anker (4) längs der Ankerachse verschiebbarer und mit diesem fest verbundener magnetflussleitender Deckel (14) befindet, der in seiner Haltestellung den Topf (12) verschließt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter, insbesondere einen Niederspannungs-Leistungsschalter, zum Unterbrechen eines durch den Schalter fließenden Stroms gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Schalter, insbesondere Niederspannungs-Leistungsschalter, sind bekannt und dienen zum Unterbrechen eines durch den Schalter fließenden Stroms, um z. B. nachgeschaltete Verbraucher im Falle eines Kurzschlusses zu schützen. Zum Auslösen des Schalters wird ein Auslöser betätigt, indem ein Anker in seine Auslösestellung verschoben wird, wenn die am Schalter und damit am Auslöser anliegende elektrische Spannung einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet (sogenannter Unterspannungsauslöser).
Dabei erzeugt die am Auslöser anliegende elektrische Spannung mittels einer Spule ein erstes Magnetfeld, welches den Anker entgegen einer Federkraft in seiner Grundstellung hält. Unterschreitet die Spannung einen vorgegebenen Schwellwert, so reicht die auf den Anker wirkende Federkraft aus, um ihn in die Auslösestellung zu verschieben.
Außerdem wird der Anker in seine Auslösestellung verschoben, wenn ein entsprechender elektrischer Spannungsimpuls auf den Auslöser (sogenannter Spannungsauslöser) gegebenen wird, der mittels einer zweiten Spule ein zweites Magnetfeld erzeugt, welches das erste Magnetfeld schwächt.
In seiner Auslösestellung entriegelt der Anker eine Verklinkung, welche den Niederspannungs-Leistungsschalter öffnet.
Solche kombinierten Auslöser für Niederspannungs-Leistungsschalter sind bereits aus der US 4,641,107 A und der US 4,013,926 A bekannt.
Nachteilig ist bei den Auslösern der bekannten Schalter, dass diese parasitäre Luftspalte aufweisen, welche beispielsweise zu einer unerwünschten Überdimensionierung des Auslösers führen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, parasitäre Luftspalte zu vermeiden.
Die Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gegeben; die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
Die Lösung sieht vor, dass die beiden Spulen bezogen auf die magnetischen Achsen der von ihnen erzeugten Magnetfelder auf einer gemeinsamen Achse liegend angeordnet sind, dass die erste Spule sich in einem magnetflussleitenden Topf befindet und dessen Topföffnung der zweiten Spule zugewandt angeordnet ist, dass sich zwischen der Topföffnung und der zweiten Spule ein mit dem Anker längs der Ankerachse verschiebbarer und mit diesem fest verbundener magnetflussleitender Deckel befindet, der in seiner Grundstellung den Topf verschließt. Auf diese Weise wird eine verbesserte Führung des magnetischen Flusses erzielt, bei der keine funktionsbedingten parasitären Luftspalte mehr vorhanden sind. Auch ist der Aufbau technisch relativ einfach, da nur wenige Magnetfluss führende Teile zu montieren sind. Die Magnetwiderstände zwischen den feststehenden Teilen sowie der Widerstand des Arbeitsluftspaltes in den beiden Endlagen (Grundstellung, Auslösestellung) des Ankers sind konstant und nur noch von den Fertigungstoleranzen der Magnetfluss führenden Teile ab hängig. Das notwendigerweise erforderliche Radialspiel der der Ankerführung hat keinen Einfluss mehr auf die Auslösung.
Eine technisch einfachere Lösung des Schalters sieht vor, dass das erste Magnetfeld von dem zweiten Magnetfeld geschwächt wird, wenn an der zweiten Spule ein Spannungsimpuls anliegt und der Anker von einer elastischen Kraft beaufschlagt ist, die den Anker bei entsprechend geschwächtem ersten Magnetfeld verschiebt.
Der Schalter lässt sich verbessern, wenn die zweite Spule ebenfalls in einem magnetflussleitenden Topf angeordnet ist und die beiden Töpfe mit einander zugewandt Topföffnungen konzentrisch zueinander angeordnet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Figur näher beschrieben, die in einer schematischen Darstellung eine Verklinkung 1 und einen mit dieser zusammenwirkenden Auslöser 2 eines Schalters 3 zeigt, der den durch ihn hindurch fließenden Strom unterbricht.
Im Auslösefall wird ein Anker 4 in Richtung des Pfeils 5 verschoben, welcher die Verklinkung 1 löst. Die Verklinkung 1 ist hier schematisch als zwei ineinandergreifende Klinken 6, 7 gezeigt; die Klinke 6 bewegt sich bezogen auf die Darstellung in der Figur bedingt durch eine Druckfeder 8 nach dem Entklinken in Richtung des Pfeils 9 nach unten, wodurch der Schalter 3 auslöst (öffnet).
Im Nichtauslösefall, also während des normalen Betriebs des Schalters 3, wird der Anker 4 von einem (ersten) Magnetfeld einer (ersten) Spule 10 in seiner Grundstellung gehalten, die in der Figur dargestellt ist.
Der Anker 4 ist als zylindrischer Stab ausgeführt, welcher zum Auslösen mittels einer elastischen Kraft in Form einer Feder 11 in Richtung seiner Längsachse, d. h. in Richtung des Pfeils 5, verschoben wird.
Wie die Figur zeigt, ist die Spule 10 an die am Schalter 3 anliegende Spannung Un angeschlossen, die den Stromfluss durch den Schalter 3 bewirkt. Die Spule 10 befindet sich in einem magnetflussleitenden Topf 12, d. h. einem Topf 12 aus einem ferromagnetischen Material. Die in Richtung des Pfeils 5 offene Topföffnung 13 ist von einem magnetflussleitenden Deckel 14 verschlossen. Der Deckel 14 ist fest mit dem Anker 4 verbunden und wird von dem Magnetfeld der Spule 10 zur Topföffnung 13 hin gezogen und in dieser Stellung (Grundstellung) gehalten, und zwar gegen die Kraft der Feder 11.
Die Spule 10 ist so dimensioniert, dass wenn die Spannung Un einen vorgegebenen Wert (Schwellwert) unterschreitet, die Kraft der Feder 11 ausreicht, den Anker 4 in Richtung (Pfeil 5) Verklinkung 1 zu verschieben.
Die Verwendung eines Topfes 12, welcher mit dem Deckel 14 verschließbar ist, führt im geschlossenen Zustand des Topfes 12 zur Vermeidung von parasitären Luftspalten. Dies wird hier also durch die spezielle Führung des magnetischen Flusses (gestrichelte Linie 15) erreicht.
Der Topföffnung 12 zugewandt ist eine (zweite) Spule 16 beabstandet angeordnet, an welche ein Spannungsimpuls Uv anlegbar ist.
Die beiden Spulen 10, 16 sind bezogen auf die magnetischen Achsen der von ihnen erzeugten Magnetfelder konzentrisch zueinander angeordnet, d. h. allgemein gesagt liegen sie bezogen auf ihre magnetischen Achsen auf einer gemeinsamen Achse. Sind die beiden Spulen 10, 16 rotationssymmetrisch ausgeführt, wie in der Figur dargestellt, so sind sie auch bezüglich ihrer Symmetrieachsen zueinander konzentrisch. Hier liegen die beiden magnetischen Achsen der Spulen 10, 16 sowie die Mittellängsachse des zylindrischen Ankers 4 auf einer gemeinsamen Linie.
Liegt ein elektrischer Spannungsimpuls Uv an der Spule 16 an, so erzeugt diese ein (zweites) Magnetfeld, welches so gerichtet ist, dass es das der Spule 12 schwächt. Die Linie 17 in der Figur stellt den Fluss des Magnetfeldes der Spule 16 dar.
Der Spannungsimpuls Uv ist so gewählt, dass die Schwächung des Magnetfelds der Spule 10 ausreicht, um den Anker 4 durch die Feder 11 in Richtung des Pfeils 5 zu verschieben.
Wie die Figur zeigt, befindet sich auch die Spule 16 in einem magnetflussleitenden Topf 18, dessen Topföffnung 19 der des Topfs 12 zugewandt ist. Beide Töpfe 12, 18 sind hier konzentrisch zueinander und zur Längsachse des Ankers 4 angeordnet.
Bei anliegendem Spannungsimpuls Uv bewegt sich der Deckel 14 zusammen mit dem Anker 4 in Richtung des Pfeils 5 und damit in Richtung der Verklinkung 1. Der Deckel 14 verschließt die Topföffnung 19 des Topfs 18, wenn sich der Anker 4 in seiner Auslösestellung (bezogen auf die Figur seiner linken Endstellung) befindet.
Durch die Verwendung zweier Töpfe 12, 18 lässt sich der magnetische Fluss so führen, dass durch den Anker 4 keine magnetischen Feldlinien verlaufen und somit keine (funktionsbedingten) parasitären Luftspalte im Eisenkreis liegen.
Eine in Bezug auf parasitären Luftspalte verbesserte Funktion des Auslösers 2 ergibt sich bereits durch die Verwendung eines einzigen Topfes 12 für die Spule 10. Insbesondere, wenn im Deckel 14 ein Permanentmagnet vorgesehen ist. In diesem Falle kann weiter auf die Feder 11 verzichtet werden, wenn die Spule 16 so dimensioniert ist, dass deren Magnetfeld den Anker 4 entsprechend anzieht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 4641107 A [0006]
- US 4013926 A [0006]

Claims

Schalter (3), insbesondere Niederspannungsleistungsschalter, zum Unterbrechen eines durch den Schalter (3) fließenden Stroms, mit einem Auslöser (2), der einen Anker (4) aufweist, der längs einer Ankerachse aus einer Haltestellung in eine Auslösestellung verschoben wird, wenn die am Auslöser (2) anliegende elektrische Spannung (Un) einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet oder wenn am Auslöser (2) ein entsprechender elektrischer Spannungsimpuls (Uv) anliegt, wobei der Anker (4) von einem ersten Magnetfeld in der Haltestellung gehalten wird, das von einer ersten Spule (10) erzeugt wird, an welche die Spannung (Un) anliegt, und wobei der Anker (4) von einem von einer zweiten Spule (16) erzeugten zweiten Magnetfeld in die Auslösestellung gezogen wird, wenn der Spannungsimpuls (Uv) an der zweiten Spule (16) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spulen (10, 16) bezogen auf die magnetischen Achsen der von ihnen erzeugten Magnetfelder auf einer gemeinsamen Achse liegend angeordnet sind, dass die erste Spule (10) sich in einem magnetflussleitenden Topf (12) befindet und dessen Topföffnung (13) der zweiten Spule (16) zugewandt angeordnet ist, dass sich zwischen der Topföffnung (13) und der zweiten Spule (16) ein mit dem Anker (4) längs der Ankerachse verschiebbarer und mit diesem fest verbundener magnetflussleitender Deckel (14) befindet, der in seiner Haltestellung den Topf (12) verschließt.
Schalter, dadurch gekennzeichnet, dass das erste von dem zweiten Magnetfeld geschwächt wird, wenn an der zweiten Spule (16) ein Spannungsimpuls (Uv) anliegt und der Anker (4) von einer elastischen Kraft beaufschlagt ist, die den Anker (4) bei entsprechend geschwächtem ersten Magnetfeld verschiebt.
Schalter, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spule (16) ebenfalls in einem magnetflussleitenden Topf (18) angeordnet ist, und dass die beiden Töpfe (12, 18) konzentrisch zueinander und deren Topföffnungen (13, 19) einander zugewandt angeordnet sind.