DE4202122A1 - Ausloeseeinrichtung fuer schaltgeraete - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Auslöseeinrichtung für Schaltgeräte nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bekannt sind Auslöseeinrichtungen für Schaltgeräte, wie Leistungsschalter oder Motorschutzschalter, bestehend aus einem Bimetallstreifen, zwecks Überstromauslösung und einer Schnellauslöseeinrichtung oder Kurzschlußauslöser, der ein Magnetjoch, einen auf das Schaltschloß wirkenden Magnetanker und eine stromdurchflossene Erregerwicklung aufweist.

Wegen der bei einem Kurzschluß auftretenden hohen Ströme und die damit verbundenen hohen Kräfte zwischen Magnetanker und Magnetjoch ist es bekannt und oft ausreichend, den in eine Richtung stromdurchflossenen Bimetallstreifen durch das Magnetjoch hindurchzuführen und diesen Strom als Erregung für den elektromagnetischen Schnellauslöser zu verwenden, also eine halbe Windung als Erregung vorzusehen.

Auch bekannt ist es, den Bimetallstreifen mit einem parallelen Widerstand, bzw. Shunt, durch das Magnetjoch hindurchzuführen und gleichzeitig als Erregung für den Kurzschlußauslöser zu nutzen, wobei der Strom durch Litzendraht an den Endstellen des Bimetalls herausgeführt ist. Hierbei ergibt sich der Vorteil, daß der Aufbau sehr einfach ist, d. h. es wird keine zusätzliche Erregerwicklung benötigt.

Von Nachteil ist aber die begrenzte Auslöseempfindlichkeit, die durch die geringe Windungszahl ihre Ursache hat. Nachteilig ist auch, daß der Litzedraht beim Verbiegen des Bimetalls mitbewegt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Auslöseeinrichtung für Schaltgeräte nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, die einfach aufgebaut und herstellbar ist und eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Auslöseempfindlichkeit aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, während in den Ansprüchen 2 bis 22 besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind.

Besonders günstig ist es, bei höheren Auslöseströmen einen Shunt nach den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 zu verwenden, wodurch in einfacher Weise eine höhere Durchflutung im Magnetjoch erzielt wird.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn der Magnetanker nach den Merkmalen der Ansprüche 4 bis 6 und 12 bis 15 ausgeführt ist, weil sowohl besonders günstige magnetische Eigenschaften als auch gute mechanische Eigenschaften bei einfacher und kostengünstiger Herstellung vorhanden sind.

Eine einfache Fertigung des Magnetjoches, wobei günstige magnetische Eigenschaften erzielt werden , ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 7 bis 11.

Wird durch die Merkmale der Ansprüche 16 bis 20 einerseits ein Teil des Auslösestromes durch den Shunt dem Bimetall abgeleitet, so ergibt sich andererseits in einfacher Weise eine Erhöhung der Durchflutung im Magnetjoch.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, sollen die Erfindung, weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile näher beschrieben und erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Überstroms- und Schnellauslösers,

Fig. 2 eine Darstellung des Bimetalls,

Fig. 3 eine Seitendarstellung des Schnellauslösers,

Fig. 4 eine Darstellung des Schnellauslösers von oben,

Fig. 5 eine Darstellung der Abwicklung eines Teiles des Magnetjoches,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung des in Fig. 5 gezeigten Teiles,

Fig. 7 eine Darstellung der Abwicklung eines weiteren Teiles des Magnetjoches,

Fig. 8 Eine perspektivische Darstellung des in Fig. 7 gezeigten Abschnittes,

Fig. 9 eine Abwicklung des Magnetankers,

Fig. 10 eine Darstellung des Magnetankers,

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung des Shuntes für eine hohe Auslöseempfindlichkeit und

Fig. 12 eine Darstellung des in Fig. 11 gezeigten Shuntes in der Auslöseeinrichtung.

In der Fig. 1 ist die Aulöseeinrichtung, bestehend aus einem Überstromauslöser und einem Schnellauslöser für ein dreiphasiges Schaltgerät dargestellt.

Ein Teil des Auslösestromes fließt direkt in dem Werkstoff eines Bimetalles 2, das eine annähernd U-förmige Form aufweist.

Der andere Teil fließt durch einen dem Bimetall 2 parallel geschalteten ebenfalls U-förmigen elektrischen Widerstand, bzw. Shunt 3.

Bei einem Überstrom erwärmt und verformt sich das Bimetall 2 derart, daß dieses eine Auslösebrücke betätigt, die mit dem nicht dargestellten Schaltschloß in Wirkverbindung steht und die Schaltkontakte öffnet.

Der Schnellauslöser besteht aus einem U-förmigen Magnetjoch 5 und einem Magnetanker 6, der ebenfalls auf eine Auslösebrücke 28 greift.

Der Magnetanker 6 ist als Klappanker ausgeführt, wobei die Lagerstelle bodenseitig angeordnet und in dem Magnetjoch 5 und dem Magnetanker 6 integriert ist.

Bei einem hohen Fehlerstrom, beispielsweise einem Kurzschluß, wird der Magnetanker 6 entgegen einer Zugfeder 18 zum Magnetjoch 5 geklappt. Die Auslösefahne 20 ist an dem der Drehachse gegenüberliegendem Ende und auf etwa gleicher Höhe wie die Auslösefahne des Bimetalls 2 angeordnet.

Das Magnetfeld wird durch das stromdurchflossene Bimetall 2 und den Shunt 3 erzeugt. Das Magnetjoch 5 umschließt sowohl einen Schenkel 7 des Bimetalles 2, als auch einen Schenkel 8 des Shuntes 3.

Die anderen Schenkel 9 und 10 des Bimetalls 2 und des Shuntes 3 tragen aber im Gegensatz zum Stand der Technik zur Erhöhung der magnetischen Durchflutung ebenfalls bei. Das Bimetall 2, bzw. Bimetall 2 und Shunt 3, wirken also wie eine Erregerspule.

Die Windungszahl bei den bekannten Auslöseeinrichtungen, die einen einfachen Bimetallstreifen aufweisen, wobei der Strom nur einmal durch das Magnetjoch fließt, ohne daß also durch den zweiten Schenkel 9 bzw. 10 die Durchflutung erhöht wird, beträgt N=0,5. Durch die vorliegende Erfindung wird dagegen die Windungszahl in einfacher Weise erhöht und somit eine höhere Magnetkraft erzielt, die wiederum die Ansprechwerte des Schnellauslösers senkt.

Die elektrische Verbindung zwischen den Stromschienen 11 und 12 und dem U-förgigen Bimetall 2 findet in dem U-förmigen Bimetall 2 statt, wobei der Stromfluß durch die Strompfeile i in der Fig. 2 gekennzeichnet sind.

Die Einstellung der Auslöseempfindlichkeit des Schnellauslösers wird mittels eines Einstellknopfes 14 mit einem exzentrisch angeordneten Zapfen erreicht, welcher bei Drehung die Auslösebrücke in Pfeilrichtung X (Fig. 1) verschiebt. Der Luftspalt zwischen Magnetanker 6 und Magnetjoch, der die Auslöseempfindlichkeit bestimmt, wird also hierbei verändert.

Das Magnetjoch 5 besteht aus zwei Teilen 5a und 5b, die in den Fig. 5 bis 7 dargestellt sind.

Beide Teile 5a und 5b werden durch Stanzbiegen als Einzelteile hergestellt und anschließend zu einem Magnetjoch 5 zusammengesetzt.

Beide Teile 5a und 5b weisen U-förmige Bereiche auf, wobei beide Teile an ihren U-Bereichen zusammengesetzt sind, derart, daß das Teil 5a das Teil 5b umgreift.

Dadurch, daß die Bleche der Teile 5a und 5b, im Gegensatz zur Herstellung aus einem Blech, nur die halbe Materialdicke aufweisen sind diese besonders leicht zu stanzen. Die Biegeradien können ebenfalls kleiner ausgeführt werden, als wäre das Magnetjoch 5 aus einem Teil hergestellt.

Wird ein Magnetblech nämlich mit für die Materialdicke zu kleinen Radien verarbeitet, dann tritt eine Rißbildung ein, die Störflüsse verursacht.

Die den magnetischen Fluß führenden U-Bereiche können mit weiteren aneinandergesetzten U-förmigen Teilen versehen werden, um somit den magnetischen Widerstand weiter zu veringern.

Es können aber auch dünnere Teile 5a und 5b verwendet werden, um durch Kombination mit weiteren U-förmigen Teilen die gewünschte magnetische Durchflutung, je nach Auslösebereich des Schnellauslösers, zu erreichen.

Den einzelnen Teilen 5a und 5b sind Funktionen zugeordnet, die alle mit nur einem Einzelblech kaum realisiert werden können, so weist das erste Teil 5a Stege 15 für die Fixierung in dem Gehäuse auf, bzw. eine Lagerstelle. Das zweite Teil 5b dagegen weist eine integrierte Lagerstelle 16 für den Magnetanker 6 auf.

Weiterhin weist das zweite Teil 5b einen L-förmigen Ausleger 17 auf, der für das Halten einer Zugfeder vorgesehen ist, die an dem Magnetanker 6 wirkt.

Für diese Funktionen, bzw. Funktionsaufnahmen, werden keine weiteren Teile oder Abschnitte im Gehäuse des Schaltgerätes benötigt, wie Lagerstellen für die Feder des Magnetankers und Lagerstellen für den Magnetanker selber, so daß eine Bauteileinsparung eintritt.

Neben der Montage- und Fertigungserleichterung tritt durch die Verwendung zweier Teile 5a und 5b eine Toleranzverbesserung ein.

Durch die Verwendung von zwei Teilen können die Polflächen in einfacher Weise vergrößert werden, was eine erhöhte Magnetkraft zur Folge hat.

Das Magnetjoch kann also modular aufgebaut werden, derart, daß die Magnetbleche bzw. Teile 5a und 5b eine oder maximal zwei Funktionsaufnahmen beinhalten. Hierdurch tritt eine erhebliche Vereinfachung der Fertigung ein.

Unter einer Funktionsaufnahme ist also hier z. B. die Aufnahme einer Feder, die Lagerung des Magnetankers 6 oder die Lagerung des Magnetjoches 5 zu verstehen.

Der Magnetanker 6 wird aus einem einzigen Magnetblech gefalzt und zwar derart umgefaltet, daß ein Bereich 19 des Magnetankers eine Verdickung aufweist, d. h. zusammengeklappt ist.

Wie in der Fig. 9 zu erkennen ist, weist das Magnetblech zwei diagonal versetzt angeordnete Abschnitte 20 und 21, wobei der oben angeordnete Abschnitt 21 die auf eine Auslösebrücke 28 wirkende Auslösefahne 20 führt und der unten angeordnete Abschnitt 22 Stege 23 aufweist, die die Lagerstelle für den Magnetanker bilden.

In dem Abschnitt 22 sind ferner Löcher 24 für die Befestigung der Zugfeder 18 vorhanden.

Beide Abschnitte 21 und 22 stehen nach dem Umfalten unmittelbar untereinander, wie in der Fig 10 zu sehen ist.

Durch die Verdickung des Bereiches 19 werden die magnetischen Eigenschaften verbessert, ohne daß zusätzliche Teile benötigt werden. Durch die Verdickung des Bereiches 19 erfolgt also eine Magnetfelderhöhung aufgrund der höheren Durchflutung.

Weiterhin werden Sättigungsgrenzen verschoben, ohne daß zusätzliche Teile benötigt werden, die einen erhöhten Fertigungs-, Montage- und Kostenaufwand bedeuten.

Von Vorteil ist auch die geringere Masse der Abschnitte 21 und 22, die das Trägheitsmoment des Magnetankers 6 herabsetzt.

Eine weitere Herabsetzng des Trägheitsmomentes und Verbesserung der magnetischen Eigenschaften wird durch anschließendes Herunterprägen der Abschnitte 21 und 22 erreicht, wobei die ursprüngliche Form durch nachfolgendes Stanzen erreicht wird.

Die in diesen Abschnitten 21 und 22 erfolgte Massereduzierung verbessert weiterhin das Trägheitsmoment des Magnetankers und verrindert den Streufluß.

Durch die geringere Masse kann die Gegenkraft der Feder, die für die Schockfestigkeit von Bedeutung ist, herabgesetzt werden.

Wie in der Fig. 1 zu erkennen ist, ist die Vedickung nur im Bereich des Magnetjoches 5 vorhanden und zwar mit einer Höhe H, die der Höhe H des Magnetjoches entspricht und die in den Fig. 5 und 9 gekennzeichnet ist.

Zusätzlich kann der Bereich 19 durch mehrfaches Umfalten in seiner Dicke weiter erhöht werden, was die magnetischen Eigenschaften weiter verbessert.

Oft wird eine hohe Auslöseempfindlichkeit für den Schnellauslöser gefordert, die mit dem U-förmigen Bimetall und dem Shunt alleine nicht erreicht werden können. Für diesen Fall wird hier vorgeschlagen, den U-förmigen Shunt 3 durch einen schneckenförmig gewickelten aus Lackdraht bestehenden Shunt 25 zu ersetzen, der durch seinen mehrfach um das Magnetjoch gebogenen Windungen als Spule zur Magnetfelderhöhung dient.

Der Shunt 25 ist dem Bimetall 2 elektrisch parallel geschaltet, wobei das außenliegende Anschlußbein 26 des Shunts 25 an der Flachseite des Bimetalls 2 angeschlossen ist, wie in der Fig. 2 durch das Bezugszeichen 27 angedeutet ist und das innenliegende Anschlußbein 28 an der Schmalseite des Schenkels 9 des Bimetalls 2 und zwischen den beiden Schenkeln 7 und 9 angeschlossen ist.

Hierbei wird in einfacher Weise eine Erhöhung der Durchflutung erreicht, ohne daß separate Spulen oder dergleichen erforderlich sind.

Der Shunt 25 bildet den geforderten elektrischen Widerstand nach, einmal durch den verwendeten Werkstoff, bzw. Leitfähigkeit des Werkstoffes oder auch durch die Länge, bzw. Windungszahl.

Der umwickelte Shunt 25 dient auch als Spule, wenn das Schaltgerät nur eine Schnellauslösung, also ohne Bimetall, aufweisen soll.

Claims (22)

1. Auslöseeinrichtung für Schaltgeräte mit einem thermischen Überstromauslöser, der mindestens ein Bimetall aufweist, wobei die Auslöseeinrichtung einen elektromagnetischen Schnellauslöser aufweist, bestehend aus mindestens einem Magnetjoch und mindestens einem Magnetanker, wobei der durch das Bimetall fließende Strom dazu genutzt wird, ein Magnetfeld für die Schnellauslösung zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetall (2) U-förmig ist, daß das Magnetjoch (5) einen Schenkel (7) des Bimetalls (2) umschließt und daß der andere Schenkel (9) des Bimetalls (2) außerhalb des Magnetjoches (5) vorbeigeführt wird, wobei dieser zur Erhöhung der magnetischen Durchflutung im Magnetjoch (5) beiträgt.

2. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bimetall (2) ein elektrischer Widerstand, bzw. Shunt (3), parallelgeschaltet ist.

3. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Shunt (3) eine U-förmige Form aufweist, wobei nur ein Schenkel (10) von dem Magnetjoch (5) umschlossen wird.

4. Auslöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (6) als Klappanker ausgeführt ist.

5. Auslöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstelle des Magnetankers (6) in dem Magnetjoch (5) und dem Magnetanker (6) integriert ist.

6. Auslöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (6) an seinem dem Drehpunkt gegenüberliegenden Ende eine Auslösefahne (20) aufweist, die an einer Auslösebrücke (13) greift.

7. Auslöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetjoch (5) aus mindestens zwei Magnetblechen oder Teilen (5a und 5b) besteht.

8. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß den Magnetblechen für das Magnetjoch (5) maximal zwei Funktionsaufnahmen pro Magnetblech zugeordnet sind.

9. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil (5a) Stege (15) für die Fixierung und Lagerung im Gehäuse des Schaltgerätes aufweist.

10. Auslöseeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teil (5b) einen L- förmigen Ausleger (17) für das Halten einer Zugfeder (18), die mit dem Magnetanker (6) zusammenwirkt, aufweist.

11. Auslöseeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teil (5a) Lagerstellen (16) für den Magnetanker (6) aufweist.

12. Auslöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (6) aus einem einzigen Magnetblech hergestellt ist, derart, daß durch Umfalten eine Verdickung des Magnetankers (6) im Bereich des Magnetjoches (5) eintritt.

13. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das ungefaltete Magnetblech zwei diagonal versetzt angeordnete Abschnitte (21) und (22) aufweist, wobei der oben angeordnete Abschnitt (21) die Auslösefahne (20) führt und der unten angeordnete Abschnitt (22) Stege (23) aufweist, die die Lagerstelle für den Magnetanker (6) bilden.

14. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Löcher (24) für die Befestigung der Zugfeder 18 vorhanden sind.

15. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die außerhalb des Magnetjoches (5) befindlichen Abschnitte (21) und (22) durch Prägen zu einer geringeren Dicke und anschließendes Stanzen einer Materialreduzierung unterzogen sind.

16. Auslöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Auslöseempfindlichkeit des Schnellauslösers ein dem Magnetjoch (5) umwickelter Shunt (25) dem Bimetall elektrisch parallelgeschaltet ist, wobei durch die Wicklung dee Shuntes (25) eine Spulenwirkung erreicht wird.

17. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Shunt (25) aus einem isolierten Leiter besteht.

18. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Shunt (25) aus Lackdraht besteht.

19. Auslöseeinrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Shunt (25) spiral- oder schneckenförmig gewickelt ist.

20. Auslöseeinrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das außenliegende Anschlußbein (26) des Shunts (25) an der Flachseite des Bimetalls (2) angeschlossen ist und das innenliegende Anschlußbein (28) an der Schmalseite des Schenkels (9) des Bimetalls (2) zwischen den beiden Schenkeln (7) und (9) angeschlossen ist.

21. Auslöseeinrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet daß der Shunt (25) einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist.

22. Auslöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetalle (2) der einzelnen Phasen an ihren Flachseiten parallel angeordnet sind.