NL8900007A - Stuurinrichting voor een elektrische schakelaar, alsmede een met deze stuurinrichting uitgeruste elektrische schakelaar. - Google Patents

Description

Stuurinrichting voor een elektrische schakelaar, alsmede een met deze stuurinrichting uitgeruste elektrische schakelaar.

De uitvinding heeft betrekking op een stuurinrichting voor een elektrische schakelaar, omvattende een juk van magnetisch materiaal dat een beweegbaar ondersteund langwerpig anker en een in het verlengde hiervan vast opgestelde permanente magneet omsluit, van welk anker een einddeel buiten het juk uitsteekt, waarbij het anker en het juk < „n mag-neetketen vormen voor het onder invloed van het magnetische veld van de permanente magneet in een eerste positie houden van het anker, verder omvattende althans één magneetwikkeling en veermiddelen voor het naar een tweede positie doen verplaatsen van het anker, in welke tweede positie het genoemde einddeel van het anker verder buiten het juk uitsteekt dan in de eerste positie.

Een stuurinricnting van deze soort wordt onder andere toegepast voor het langs elektrische weg activeren van het schakelmechanisme in schakelaars voor het beveiligen van elektrische-energieverdeelinstalla-ties en is op zich bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4.731.692.

Deze bekende stuurinrichting omvat een bij benadering U-vormig juk van magnetisch materiaal, tussen de benen waarvan de althans ene mag-neetwikkeling en de permanente magneet aangrenzend aan elkaar zijn opge-steid. De althans ene magneetwikkeling is cilindrisch van vorm, waarbinnen een staafvormig anker van magnetisch materiaal kan bewegen. Het ene uiteinde van het anker is daarbij tegenover de permanente magneet gelegen, terwijl het andere uiteinde via een opening in een been buiten het juk uitsteekt. Dit naar buiten uitstekende uiteinde is van een kop voorzien, tussen welke en het betreffende been van het juk een drukveer is aangebracht, welke een naar buiten gerichte kracht op het anker uitoefent .

In de normale bedrijfstoestand wordt het anker onder invloed van de permanente magneet, tegen de krachtwerking van de drukveer in, in de eerste positie gehouden. De positie van het anker kan nu met de althans ene magneetwikkeling worden beïnvloed. Daartoe wordt met behulp van een elektronische schakeling deze magneetwikkeling bekrachtigd zodra de te bewaken stroom een vooraf ingestelde grenswaarde heeft overschreden. Het opgewekte magnetische veld oefent op het anker een kracht uit die tegengesteld gericht is aan de op het anker werkende kracht van het permanente magnetische veld, maar in dezelfde richting werkt als de door de drukveer op het anker uitgeoefende kracht. Het anker zal dan naar zijn tweede positie worden verplaats, wanneer de door de magneetwikkeling en drukveer op het anker uitgeoefende kracht groter is dan de hierop werkende kracht van de permanente magneet. Deze verplaatsing kan voor het bedienen van een schakeimeehanisme worden aangewend.

De stuurinrichting volgens het genoemde Amerikaanse octrooischrift is ingericht voor toepassing in een schakelaar voor het onderbreken van stromen boven een voorafbepaalde grenswaarde zoals bijvoorbeeld overbe-lastings- en/of kortsluitstromen. Zodra de te bewaken stroom de ingestelde grenswaarde heeft overschreden wordt de althans ene raagnet wikkeling zodanig bekrachtigd, dat onder invloed van het hierdoor opgewekte magnetische veld en met behulp van de veermiddelen het anker tegen de invloed van het permanente magnetische veld naar de tweede positie wordt verplaatst, waardoor de schakelaar wordt uitgeschakeld.

Wanneer de te bewaken stroom echter door een zich in de nabijheid van de stuurinrichting bevindende geleider, bijvoorbeeld een stroomraii, vloeit kan het door die stroom opgewekte magnetische veld zodanig groot worden, dat daarmee het magnetische veld van de permanente magneet wordt tegengewerkt en zelfs zodanig wordt verzwakt, dat het anker onder invloed van de drukveer naar de tweede positie zal worden verplaatst nog voordat de ingestelde grenswaarde is overschreden. Om deze storende beïnvloeding te elimineren is een hulpwikkeling toegevoegd, welke het storende magnetische veld compenseert door het opwekken van een even groot maar tegengesteld gericht magnetisch veld dat de werking van de permanente magneet op het anker ondersteunt. De bekrachtiging van deze hulpwiKkeiing wordt buiten werking gesteld zodra de magneetwikkeling via de elektronische schakeling een uitschakelcommando krijgt.

Alnoewel bij de bekende stuurinrichting op deze wijze in feite gebruik wordt gemaakt van een combinatie van een directe en een indirecte magnetische krachtwerking op het anker, is de indirecte beïnvloeding namelijk het verzwakken van het permanente magnetische veld als gevolg van de stroomvoerende geleider, een toevallige, storende en ongewenste bijkomstigheid, die met de maatregelen volgens het Amerikaanse octrooi-schrift wordt verholpen.

Om op de gewenste wijze te kunnen werken is de bekende stuurinrichting noodzakelijkerwijs voorzien van een elektronische schakeling. Toepassing van een extra elektronische schakeling betekent echter een verhoging van de totaLe kosten van de inrichting en een verhoging van de storingsgevoeiigheid.

Zoals reeds genoemd, is de bekende stuurinrichting ingericht voor toepassing in schakelaars voor het onderbreken van overbelastings- en/of kortsluitstromen boven een voorafbepaalde grenswaarde. Voor wissel- stroomtoepassingen is daarbij echter geen rekening gehouden met de momentane polariteit van de af te schakelen stroom. Dat wil zeggen, het afschakelen van de betreffende stroom dient ongeacht zijn polariteit op het moment van het overschrijden van de vastgelegde grenswaarde in gang te worden gezet. Zonder extra maatregelen, bijvoorbeeld in de vorm van de genoemde elektronische schakeling, heeft de inrichting volgens het genoemde Amerikaanse octrooischrift een polariteitsafhankelijk afscha-kelgedrag. Dit betekent dat onder bepaalde omstandigheden foutief wordt uitgeschakeld, namelijk wanneer de stroomtoename boven de voorafbepaalde gre nswaarde ontstaat in die halve periode, waarin de richting van de stroom tegengesteld is aan de stroomrichting waarop de inrichting reageert.

Elektrische-energieverdeellnstallaties en afzonderlijke apparaten (zoals motoren) dienen in de praktijk veelal niet alleen tegen overbe-lastings- en/of kortsluitstromen te worden beveiligd maar eveneens tegen aardfoutstromen. Alhoewel de elektrische installaties en apparatuur met afzonderlijke inrichtingen tegen deze foutsituaties kunnen worden beveiligd, bestaat er tegenwoordig niet alleen uit economische overwegingen, maar ook uit het oogpunt van betrouwbaarheid behoefte aan het combineren van de verschillende beveiligingsfuncties in Ίβη inrichting. Verder wordt er naar gestreefd om de omvang van deze inrichtingen zo klein mogelijk te houden, opdat de afmetingen van de in praktijk gewoonlijk voor het monteren hiervan toegepaste installatiekasten eveneens beperkt kunnen blijven, of opdat er zoveel mogelijk inrichting in een installatie-Kast van voorafbepaalde afmetingen kunnen worden opgenomen.

Aan de uitvinding ligt nu in eerste instantie de opgave ten grondslag een stuurinrichting van de, in de aanhef genoemde soort te verschaffen, welke op eenvoudige wijze geschikt kan worden gemaakt voor het zowel naar keuze huisvesten van een van de hiervoor genoemde beveiligingsfuncties alsook een combinatie van twee of meer van deze beveiligingsfuncties, en waarbij deze beveiligingsfuncties tevens onafhankelijk van de polariteit van de te bewaken stroom zijn. Tevens dient de inrichting daarbij compact van opbouw te zijn.

Volgens de uitvinding wordt deze opgave daardoor opgelost dat de althans ene magneetwikkeling deel uitmaakt van een verdere magneetketen voor het onder invloed van een magnetisch veld opgewekt door een tijdens bedrijf in de althans ene magneet wikkeling vloeiende elektrische stroom, naar de tweede positie doen verplaatsen van het anker, en waarbij bime-taalmiddelen voor het eveneens naar de tweede positie doen verplaatsen van het anker zijn verschaft.

Door een geschikte keuze en onderlinge afstemming van de bimetaal-middelen, de sterkte van de permanente magneet, de opbouw van de magnetische ketens en de sterkte van de veermiddelen, is de stuurinrichting volgens de uitvinding in het bijzonder geschikt voor toepassing in elektrische schakelautomaten, voor het volgens genormaliseerde stroom-tijd-krommen beveiligen van elektrische-energieverdeelinstallaties.

Toepassing van een verdere magneetketen volgens de uitvinding voor het bijvoorbeeld onder invloed van de direct in de althans ene r ..gneet-wikkeling vloeiende, te bewaken stroom zodanig beïnvloeden van de magnetische krachtwerking op het anker, dat dit met behulp van de veermidde-len naar zijn tweede positie kan worden verplaatst, biedt de mogelijkheid tot uitvoeringsvormen waarin met de verdere magneetketen een directe magnetische krachtwerking op het anker kan worden uitgeoefend, of tot uitvoeringsvormen waarin met de verdere raagneetketen het op het anker werkende magnetische veld van de permanente magneet wordt beïnvloed. In het navolgende worden deze uitvoeringsvormen aangeduid als respectievelijk het "actieve" of het "passieve" principe. Uiteraard zijn combinaties van beide principes mogelijk.

In het algemeen kan een op het passieve principe gebaseerde stuurinrichting compact worden uitgevoerd, maar is daarentegen gevoeliger voor externe magnetische beïnvloeding. Een op het actieve principe gebaseerde stuurinrichting is veel minder gevoelig voor externe magnetische beïnvloeding, maar zal in het algemeen qua afmeting groter van opbouw zijn.

Een uitvoeringsvorm van de stuurinrichting volgens de uitvinding, gebaseerd op het actieve principe, heeft het kenmerk, dat de verdere raagneetketen een verder juk van magnetisch materiaal omvat dat het genoemde einddeel van het anker omsluit, waarbij het uiteinde van dit einddeel overgaat in een kop met een hogere magnetische weerstand dan die van het anker, welke kop buiten het verdere juk uitsteekt, waarbij in de eerste positie van het anker het genoemde uiteinde op afstand is gelegen van de zijde van het verdere juk waar doorheen de kop naar buiten uitsteekt, en waarbij de althans ene magneetwikkeling binnen het verdere juk rond het einddeel van het anker is opgesteld.

In de eerste positie van het anker vormen het einddeel en de kop hiervan, samen met het verdere juk, een verdere magneetketen met een hogere magnetische weerstand dan die van de magneetketen waarvan de permanente magneet deel uitmaakt. Dit betekent dat in het einddeel van het anker geen of een verwaarloosbaar klein magnetisch veld afkomstig van de permanente magneet aanwezig is. Onder invloed van een door de althans ene mag ne e t w i kke 1 i ng vloeiende elektrische stroom ontstaat echter in de verdere magneetketen een magnetisch veld, dat zich via het verdere juk en het einddeel van het anker wil sluiten. Ongeacht de polariteit van dit magnetische veld wordt hierdoor op het einddeel van het anker een kracht uitgeoefend in de richting van de zijde van het verdere juk waardoorheen de kop naar buiten uitsteekt. Wanneer deze magnetische kracht groter is dan de, op het anker werkende magnetische kracht afkomstig van de permanente magneet, ontstaat er een resulterende krachtwerkinr op het anker als gevolg waarvan dit, mede onder invloed van de veermiddelen, naar zijn tweede positie wordt verplaatst.

Een geometrisch compacte constructie wordt volgens een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding daardoor verkregen, dat de beide jukken tot één constructief geheel zijn samengevoegd, en elk een open U-vormige dan wel een gesloten of nagenoeg gesloten U-vormige doorsnede bezitten. Geschikte combinaties zijn onder andere die, waarbij de beide jukken als geheel een in wezen U-, S-, E-, 8- of 9-vormige doorsnede hebben, waarbij twee aangrenzend gelegen zijden hiervan van een doorvoeropening voor het, anker zijn voorzien.

Alhoewel dergelijke constructies dus uit twee losse jukken kunnen worden opgebouwd, heeft een weer verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding het kenmerk, dat de beide jukken als één geheel zijn gevormd. Door het als één geheel vormen van de beide jukken worden een aantal constructieve problemen ten aanzien van de bevestiging van losse jukken, het uitlijnen van de doorvoeropeningen voor het anker en het vermijden van ongewenste luchtspleten tussen de raakvlakken van de jukken vermeden.

Omdat in deze uitvoeringsvormen van de inrichting volgens de uitvinding op de kop van het anker tevens de bimetaalmiddelen aangrijpen, welke bijvoorbeeld van het direct verhitte type kunnen zijn waarbij de te beveiligen stroom of een hiervan afgeleide waarde direct door het bi-metaal zelf vloeit, is het voordelig om de kop van kunststof te vervaardigen. Hiermee wordt zowel een goede elektrische isolatie als de beoogde hogere magnetische weerstand van de tweede magneetketen verkregen.

De thermische eigenschappen van de stuurinrichting kunnen onder andere worden gevarieerd door de afstand tussen de kop en de hierop aangrijpende bimetaalmiddelen te variëren. Een hiertoe geschikte uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft het kenmerk, dat de kop en het anker gedeeltelijk in elkaar passend zijn bevestigd. Een dergelijke constructie biedt flexibele instelmmogelijkheden. Voordelig in dit verband zijn pen/gat- en schroefverbindingen.

Een uitvoeringsvorm van de stuurinrichting volgens de uitvinding gebaseerd op het genoemde passieve principe voor het naar de tweede positie doen verplaatsen van het anker heeft het kenmerk, dat de verdere magneetketen althans één paar onderling magnetisch gescheiden takken van magnetisch geleidend materiaal omvat, welke verdere magneetketen met de ene magneetketen magnetisch in serie is geschakeld, welk althans ene paar takken zodanig door de althans ene magneetwikkeling wordt omvat, dat door een tijdens bedrijf hierin vloeiende elektrische stroom le takken onderling tegengesteld worden gemagnetiseerd ais gevolg waarvan het, op het anker werkende magnetische veld van de permanente magneet wordt verzwakt ten behoeve van het naar de tweede positie doen verplaatsen van het anker,

De werking hiervan kan als volgt worden ingezien. Veronderstel dat het anker onder invloed van het magnetische veld van de permanente magneet en tegen de werking van de veermiddelen in, zijn eerste positie inneemt. Om het anker door de veermiddelen naar zijn tweede positie te brengen, zal het magnetische veld in de totale magneetketen geschikt moeten worden verzwakt. De permanente magneet wordt nu zodanig gekozen dat hierdoor de magnetisch gescheiden takken van de tweede magneetketen hierdoor nabij of enigermate tot in hun verzadigingsgebied worden voorgemagnetiseerd. Onder de aanname dat de takken gelijke magnetische eigenschappen hebben en identiek bewikkeld zijn zal de, door de elektrische stroom in de althans ene magneetwikkeling in een tak veroorzaakte veldversterking, als gevolg van de bekende niet-lineaire magnetiserings-eigenschappen van magnetisch materiaal bij de overgang naar het verzadigingsgebied, qua grootte kleiner zijn dan de tegelijkertijd in een andere tak veroorzaakte veldverzwakking. Hierdoor zal er in totaliteit een netto-veldverzwakking van het magnetische veld in de verdere magneetketen ontstaan, onafhankelijk van de momentane polariteit van de elektrische stroom. Doordat de beide magneetketens magnetisch in serie zijn geschakeld, ontstaat er bijgevolg ook een gewenste polariteitonafhankelij-ke verzwakking van het magnetische veld in de ene magneetketen.

Een eenvoudige, voordelige verdere uitvoeringsvorm van de op het passieve principe gebaseerde stuurinrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de verdere magneetketen wordt gevormd door althans één in het juk aangebrachte opening, waarbij de aan deze althans ene opening grenzende delen van het juk het althans ene paar onderling magnetisch gescheiden takken vormen.

In plaats van het, in het juk zelf aanbrengen van de onderling magnetisch gescheiden takken, kan dit overeenkomstig de uitvinding ook daardoor worden bewerkstelligd, dat het althans ene paar onderling magnetisch gescheiden takken van de verdere magneetketen in een, In langs-richting van het anker opgenomen lichaam van magnetisch materiaal is gevormd.

Een hierop gebaseerde uitvoeringsvorm heeft verder het kenmerk, dat het althans ene lichaam in wezen staafvormig is, met althans één Zodanig in radiale richting gelegen opening dat de, in langsrichting gezien, aan deze opening grenzende delen van het althans ene lichaam het alt1 .ns ene paar onderling magnetisch gescheiden takken vormen.

Gebleken is dat bij een geschikte keuze van de sterkte van de permanente magneet en de afmetingen van de onderling magnetisch gescheiden takken, met een uit één enkele winding bestaande althans ene magneet-veldwikkeling kan worden volstaan. Ook in de op het actieve principe gebaseerde uitvoeringsvormen van de stuurinrichting volgens de uitvinding kan bij een geschikte dimensionering met een uit één of enkele windingen bestaande althans ene magneetwikkeling worden volstaan. De althans ene magneetwikkeling kan bijgevolg direct in de te beveiligen stroomkring worden ópgenomen en van een zodanige draaddikte worden vervaardigd dat er geen gevaar voor ontoelaatbare warmte-ontwikkeling of krachtwerking als gevolg van in de te beveiligen (wissel-) stroomkring optredende kortsluitstroom is te duchten. Een verder voordeel is daarin gelegen, dat met een magneetwikkeling uit éën of enkele windingen de compacte afmetingen van de stuurinrichting ook bij toepassing van meerdere magneet-wikkeiingen voor de beveiliging van meerfasenwisselstroomketens behouden blijven. Uiteraard kan door toepassing van bijvoorbeeld een of meer stroostransformatoren een geschikte representant van de te bewaken stroom of stromen aan de althans ene magneetwikkeling worden toegevoerd.

Zoals in het voorgaande reeds aangegeven, bestaat er in de praktijk ook behoefte aan schakelaars welke naar aanleiding van het ontstaan van aardfoutstromen elektrische installaties spanningsloos kunnen maken. In het algemeen worden aardfoutstromen met behulp van een ringkerntransformator gedetecteerd waarbij het detectiesignaal, zonodig na verwerking, voor het activeren van een elektrische schakelaar wordt benut.

Voor het onder invloed van een polariteitonafhankelijk detectiesignaal of een hiervan afgeleid signaal bedienen Van een elektrische schakelaar, heeft een uitvoeringsvorm van de stuurinrichting volgens de uit-vinding het kenmerk, dat een binnen het juk rond het anker öpgestelde verdere magneetwikkeling is verschaft, welke zodanig is ingericht, dat onder invloed van een magnetisch veld opgewekt door een tijdens bedrijf hierin vloeiende verdere elektrische stroom het magnetische veld van de permanente magneet in de ene magneetketen wordt verzwakt ten behoeve van het naar de tweede positie doen verplaatsen van het anker.

Omdat deze verdere magneetwikkeling bij de stuurinrichting volgens de uitvinding als. enige rond het gedeelte van het anker van de ene magneetketen is opgesteld, kan zonder vergroting van de geometrische afmetingen van de stuurinrichting deze verdere magneetwikkeling van een zodanig groot aantal windingen worden voorzien, dat slechts een relatief geringe elektrische stroom voor het opwekken van een magnetisch veld van gewenste sterkte is vereist. Dit heeft het voordeel dat in de verwer-kingsschakeling voor het polariteitonafhankelijk maken van het detetec-tiesignaal elektronische componenten van kleine afmeting kunnen worden toegepast.

Zoals in het voorgaande reeds beschreven, is de stuurinrichting volgens de uitvinding van bimetaalmiddelen voorzien, voor het langs elektrothermische weg activeren van het anker. Een voordelige uitvoeringsvorm van de stuurinrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de bimetaalmiddelen althans ëên langwerpig elektrisch bime-taalelement omvatten, van welk althans ene bimetaalelement het ene uiteinde vast aan het juk is bevestigd en het andere uiteinde vrij beweegbaar op het naar buiten uitstekende einddeel van het anker of de kop kan aangrijpen, voor het tijdens bedrijf naar de tweede positie doen verplaatsen van het anker.

Het langwerpig uitvoeren van het bimetaalelement heeft een aantal voordelen. Gebleken is namelijk dat naar mate de lengte van het bimetaalelement groter is, de benodigde uitwijking hiervan voor het verplaatsen van het anker met een geringere hoeveelheid elektrische energie kan worden bewerkstelligd. Met andere woorden de stuurinrichting kan door relatief lage overbelastingsstromen worden geactiveerd. Na het opheffen van een overbelastingsstroom, bijvoorbeeld door het afschakelen hiervan, zal een langwerpig bimetaalelement voldoende snel afkoelen en zijn uitgangsstand innemen, zodat de stuurinrichting bijvoorbeeld handmatig kan worden teruggesteld, In het onderhavige geval betekent dit dus dat het anker naar zijn eerste positie wordt teruggebracht.

Een hierop gebaseerde verdere uitvoeringsvorm van de stuurinrich^ ting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het althans ene langwerpige bimetaalelement zodanig is opgesteld, dat zijn langsas een scherpe hoek met de langsas van het langwerpige anker maakt. Als gevolg van deze schuine opstelling kunnen relatief lange bimetaaleleraenten worden toegepast, met de genoemde voordelen. Andere praktische opstellingen waarmee relatief lange bimetaaleleraenten kunnen worden gebruikt zijn in de figuurbeschrijving aangegeven,

De bimetaalmiddelen kunnen zowel van het direct als van het indirect Verhitte type zijn. Het indirect verhitte type heeft als voordeel dat bij toepassing van de stuurinrichting in bijvoorbeeld een meerfasen-wisselstroomstelsel de bimetaalelementen van even zovele verwarmingselementen kunnen worden voorzien als er fasen zijn.

Elektrische energieverdeelinstallaties omvatten in het algemeen êên toevoerleiding, waarop meerdere zogeheten groepsleidingen zijn aangesloten. De installatie als geheel wordt met een in de toevoerleiding opgenomen zogeheten hoofdveiligheid en een in elke groepsleiding opgenomen groepsveiligheid beschermd. Zonodig kunnen de afzonderlijke groepsleidingen weer verder in sub-groepen worden onderverdeeld, met bijbehorende sub-groepsveiligheden. Omdat bij een eventuele fout in een installatie alleen die veiligheid in werking dient te treden welke zich het dichtst voor de plaats van de fout bevindt, is er o.a. een genormaliseerde reeks van nominale te beveiligen stroomsterkten opgesteld om de gewenste af-schakelselectiviteit te kunnen bewerkstelligen.

Zowel de op het actieve als het passieve principe gebaseerde uitvoeringsvormen van de stuurinrichting volgens de uitvinding zijn overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm daardoor voor het reageren op verschillende nominale stroomsterkten geschikt gemaakt, dat tussen het anker en de permanente magneet een shunt van magnetisch materiaal is aangebracht voor het beïnvloeden van het magnetische veld in de ene mag-neetketen.

Door -het geschikt Instellen van een dergelijke magnetische shunt kan de stuurinrichting niet alleen.voor werking op verschillende stroomsterkten worden afgestemd, maar kunnen ook afwijkingen als gevolg van fabricage-toleranties gemakkelijk worden gecompenseerd. Een relatief eenvoudige uitvoeringsvorm hiervan is daardoor gekenmerkt, dat de shunt als een evenwijdig aan de benen van het juk beweegbaar opgestelde plaat is uitgevoerd.

Uiteraard kan ook door het aantal windingen van de magneetwikkeling te vergroten of te verkleinen op verschillende stroomsterkten worden afgestemd. Bij de stuurinrichting volgens de uitvinding, gebaseerd op het actieve principe, is er tevens een extra afstemmogelijkheid via het vergroten dan wel verkleinen van de afstand tussen het anker en het aan de zijde van de kop hiervan gelegen been van het juk.

Met de stuurinrichting volgens de uitvinding is aldus een inrichting verschaft waarin de genoemde drie beveiligingsfuncties constructief eenvoudig en compact kunnen woeden gecombineerd, terwijl tevens de vrijheid bestaat om slechts één of meer functies op te nemen en te kiezen uit het genoemde actieve en/of het passieve principe.

Voor beveiligingssehekelaars van elektrische installaties bevatten diverse landelijke en internationale normen uitgebreide richtlijnen. Met name zijn de waarden van de stroomsterkte en de bijbehorende tijdsduur van uitschakelen binnen bepaalde grenzen vastgelegd. Een verder voordeel van de stuurinrichting volgens de uitvinding is dat hiermee h’.veili-gingssehakelaars voor elektrische installaties kunnen worden verschaft, welke onder meer voldoen aan de Europese norm CEE 19 "Specificatie voor miniatuur vermogensschakelaars" (schakelautomaten). Met de stuurinrichting volgens de uitvinding kan ook zonder probleem worden voldaan aan de herziene eisen met betrekking tot het uitschakelgedrag van beveillgings-schaitelaars zoals neergelegd in het ontwerp-voorschrift IEC-898 van de "International Electrotechnical Commission".

De uitvinding heeft bijgevolg verder betrekking op een elektrische schakelaar met een behuizing voorzien van althans één eontactenpaar, een veerstelsel en bedieningsmiddelen voor het onder invloed van de werking van het veerstelsel in de ene of de andere positie brengen van het althans ene contactenpaar, welke bedieningsmiddelen een stuurinrichting overeenkomstig de uitvinding omvatten.

De uitvinding wordt in het navolgende aan de hand van voorkeursuit-voeringsvormen van de stuurinrichting en tekeningen nader toegelicht, waarbij tevens verdere voordelen en uitvoeringsvormen hiervan worden aangegeven. Onderdelen met een soortgelijke functie en dezelfde vorm zijn met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid.

Fig. I toont een schema van een gebruikelijke eenfasige elektri-sche-energieverdeeiinstallatie met vier afgaande groepen;

Fig. 2 toont grafisch, op logaritmische schaal, verschillende stroomtijdkrommen van schakelautomaten voor elektrische-energieverdeel-installaties;

Fig.. 3a, b toont schematisch in verschillende aanzichten een op het actieve principe gebaseerde uitvoeringsvorm van de stuurinrichting volgens de uitvinding;

Fig. 4a-e toont schematisch in verschillende aanzichten een op het passieve principe gebaseerde voorkeursuitvoeringsvorm van de stuurinrichting volgens de uitvinding;

Fig. 5 toont schematisch, perspectivisch op vergrote schaal een detail van de uitvoeringsvorm volgens fig. 4 met een gemonteerde raagneet-wikkeling;

Fig. 6 toont grafisch een hysteresislus van magnetisch materiaal, en

Fig. 7 toont schematisch, perspectivisch- een afzonderlijke lichaam met twee magnetisch gescheiden takken.

Fig. 1 toont een schema van een gebruikelijke, eenfasige elektri-sche-energieverdeelinstallatie voor bijvoorbeeld woonhuisaansluitingen. Aan de zich in een installatiekast 1 bevindende schakel- en verd helmiddelen wordt vanaf een kabelinvoer 2, via een smeltveiligheid 3 en een verbruiksmeter 4 elektrische energie aan een verdeel rail 5 toegevoerd.

Tussen de verdeelrail 5 en de verbruiksmeter 4 is een hoofdschakel-automaat 6 opgenomen. De verdeelrail 5 is in dit voorbeeld in vier afgaande groepen 7, 8, 9 en 10 gesplitst, waarop de elektrische verbruikers worden aangesloten. Tussen de verdeelrail 5 en elke afgaande groep 7, 8, 9 en 10 is respectievelijk een schakelautomaat 11, 12, 13 en 14 losneembaar opgenomen, om de afgaande groepen tegen ontoelaatbare over-belastings- en kortsluitstromen te beveiligen. De schakelautomaten 11, 12 en 13 zijn verder respectievelijk van een detectie-inrichting 15, 16 en 17 voor aardfoutstromen voorzien.

Schakelautomaten bestaan in de praktijk in het algemeen uit êén of meerdere paren contacten, een daarmee gekoppeld veerstelsel en bedie-ningsmiddelen voor het onder invloed van de werking van het veerstelsel in de gesloten of geopende stand brengen van de paren contacten. De be-dieningsmiddelen kunnen over het algemeen langs elektromagnetische weg, thermische weg en handmatig worden geactiveerd. Voor het detecteren van aardfoutstromen worden gebruikelijk ringkerntransformatoren toegepast, waarbij de heen- en teruggaande leidingen van de elektrische installatie elk een primaire winding vormen. Een verschil tussen de heen- en teruggaande stromen veroorzaakt dat er in een secundaire wikkeling van de ringkerntransformator een spanning wordt opgewekt waarmee een afschakei-signaal aan de bedieningsmiddelen van de schakelautomaat wordt toegevoerd.

Wanneer in een afgaande groep van de elektrische installatie een fout optreedt waardoor afschakeling van de energietoevoer noodzakelijk is, is het uiteraard wenselijk dat alleen die schakelautomaat in werking treedt, welke zich, vanaf de energietoevoerzijde gezien, het dichtst voor de plaats van de fout bevindt. Om een dergelijke selectiviteit in afschakelen te bereiken, dienen in serie geschakelde beveiligingen voor wat betreft hun afschakelgedrag onderling op elkaar te worden afgestemd. In sommige elektrische installaties kunnen dermate hoge kortsluitstromen optreden, dat bijvoorbeeld de contacten van een schakelautomaat aan el— kaar vast smelten voordat het uitschakelmechanisme reageert. Om dit te voorkomen wordt in het algemeen de smeltveiligheid 3 aan de energietoe-voerzijde van de elektrische installatie opgenomen.

Als gevolg van overbelastingsstromen kan in de elektrische geleiders en de schakelmiddelen van een elektrische installatie een zodanige warmte-ontwikkeling optreden dat er bijvoorbeeld brand kan ontstaan. Afhankelijk van de warmtecapaciteit van de elektrische geleiders, de warm-te-overdracht van de geleiders naar de omgeving en het mantelop^ervlak van de geleiders zal de hierdoor vloeiende elektrische stroom namelijk een bepaalde temperatuursverhoging teweeg brengen. Beneden een bepaalde stroomsterkte, welke de nominale stroomsterkte wordt genoemd, zal er geen ontoelaatbare verwarming van de omgeving ontstaan. Overbelastingsstromen, dat wil zeggen stromen met een sterkte boven de nominale stroomsterkte, kunnen echter op den duur wel een ontoelaatbare verwarming van de elektrische geleiders en hun omgeving veroorzaken. Het zal duidelijk zijn dat naarmate de overbelastingsstromen hoger zijn een bepaalde temperatuursstijging sneller wordt bereikt. Kortsluitstromen zijn in het algemeen steeds ontoelaatbaar en dienen zo snel mogelijk afgeschakeld te worden.

Fig. 2 toont grafisch stroomtijdkrommen, ook wel uitschakelkrommen genoemd, voor schakelautomaten van het L- en U-type overeenkomstig de Europese norm CEE19. Langs de horizontale as is daarbij de stroomsterkte I uitgezet en langs de verticale as de tijd t gedurende welke deze stroom toelaatbaar is. CEE-norm 19 kent een eerste süroomgrens A waarbij de schakelautomaat binnen een uur niet mag reageren, ook wel de niet-aanspreekstroom Int ("non-tripping current") genoemd, en een tweede stroomgrens B waarop de sGhakelautomaat binnen een uur wel dient te reageren, hetgeen ook wel de aanspreeksrroom Ij- ("tripping current") wordt genoemd. Deze CEE-norm geeft dus een bandbreedte aan waarbinnen de schakelautomaat moet aanspreken.

Het gebogen gedeelte van de krommen is het gebied van de afschake-ling als gevolg van overbelastingsstromen (thermisch afschakelgebied). Het schuin naar beneden lopende rechte gedeelte van de kromme is het gebied waarin afschakeling als gevolg van kortsluitstromen plaatsvindt (magnetisch afschakelgebied). Schakelautomacen van het L-type zijn optimaal aangepast aan de temperatuurtoename van de elektrische leidingen. De sehakelautomaten van het U-type worden in het algemeen voor appara-tuurbeveilïging toegepast.

Uit het voorgaande blijkt dat de bedieningsmiddelen voor een elektrische schakelaar voor het beveiligen van elektrische-energieverdeelin- stallaties al dan niet op voorgeschreven wijze op drie typen van foutsituaties moet kunnen reageren, namelijk: a. relatief lage overbelastingsstromen; b. relatief hoge overbelastings- en kortsluitstromen; c. aardfoutstromen.

De onder a. en b, genoemde foutsituaties worden in de praktijk veelal reeds met behulp van één gecombineerde inrichting bewaakt, terwijl de onder c. genoemde functie daarbij facultatief is. Er kor 'n echter ook situaties voor waarbij slechts één of twee van de genoemde foutsituaties moeten worden bewaakt.

Fig. 3a, b toont schematisch in verschillende aanzichten een uitvoeringsvorm van de stuurinrichting volgens de uitvinding, voor het onder invloed van één of meer van de bovengenoemde foutsituaties activeren van het schakelraeehanisme van de schakelaar.

Fig. 3a is een gedeeltelijk in doorsnede weergegeven zij-aanzicht van een uitvoeringsvorm van de stuurinrichting gebaseerd op het actieve principe, met een bij benadering S-vormig juk 18 van magnetisch materiaal, zoals weekijzer, staal en dergelijke met evenwijdig aan elkaar gelegen benen 19, 20 en 21. Tussen de beide benen 20, 21 is een permanente magneet 22 van bijvoorbeeld ferroxdure opgesteld. De noord- en zuidpool van de magneet 22 zijn respectievelijk met N en S aangeduid. In het verlengde van de magneetas van de permanente magneet 22 is. een staafvormig anker 23 van magnetisch materiaal zoals bijvoorbeeld weekijzer of staal beweegbaar ondersteund opgesteld. De aan elkaar grenzende benen 19 en 20 zijn van een zodanige doorvoeropening voorzien, dat het anker 23 hier doorheen kan worden verplaatst.

Het anker 23 en de permanente magneet 22 worden door een, aan hun respectieve vormen aangepast ondersteuningslichaam 24 tussen de benen 20 en 21 van het juk 18 gehouden. Het ondersteuningslichaam 24 kan met voordeel van kunststof worden vervaardigd, waarbij de benen van het juk eveneens gedeeltelijk worden omvat, zodanig dat het ondersteuningslichaam 24 een vaste positie ten opzichte van het juk 18 inneemt. Omwille van de duidelijkheid is het gedeelte van het ondersteuningslichaam 24 tussen de benen van het juk in doorsnede weergegeven.

Aan het van de permantente magneet 22 afgekeerde uiteinde van het anker 23 is een cilindrische kop 25 bevestigd, met een aanslag 26 tussen welke en de naar buiten gekeerde zijde van het been 19 een drukveer 27 is aangebracht. De drukveer 27 is omwille van de duidelijkheid eveneens in doorsnede weergegeven. Aan het van de aanslag. 26 verwijderde uiteinde is de kop 25 van een penvormige verlenging 28 voorzien, welke in een bo ring 29 in langsriehting van het anker 23 past. Een èn ander zoals met onderbroken lijnen in de figuur 'is weergegeven. De kop 25 is via het penvormige uiteinde 28 in de boring 29 aan het anker 23 bevestigd. De kop 25 dient van een materiaal met een hogere magnetische weerstand dan die van het anker 23 te worden vervaardigd, bijvoorbeeld van kunststof.

Het spreekt vanzelf dat voor het bevestigen van de kop 25 aan het anker 23 in plaats van een boring in het anker 23 ook een boring in de kop 25 kan worden gemaakt waarin dan weer een aan het anker 23 gevormd penvormig uiteinde past. Ook zijn andere bevestigingsmethoden toepasbaar zoals bijvoorbeeld door lijmen of met een schroefdraadverbinding.

Tussen de benen 19 en 20 van het juk 18 is een magneetwikkeling 30 rond het anker 23 aangebracht. Omwille van de duidelijkheid is deze magneetwikkeling 30 eveneens in doorsnede weergegeven, en zijn voorts de aansluiteinden hiervan niet getoond. Tussen de permanente magneet 22 en het hier tegenover gelegen uiteinde van het anker 23 is verder een evenwijdig aan het been 21 verschuifbare shuntplaat 31 van magnetisch materiaal aangebracht. De shuntplaat 31 kan in de richting naar en tegen de basiszijde 32 van het juk, welke de benen 20 en 21 hiervan verbindt, worden verplaatst.

De permanente magneet 22, de shuntplaat 31, het tussen de benen 20 en 21 gelegen gedeelte van het anker 23 alsmede de benen 20 en 21 zelf en de basiszijde 32 van het juk vormen een eerste magneetketen. De benen 19, 20 en het door de magneetwikkeling 30 omgeven gedeelte van het anker 23 vormen een tweede magneetketen.

Aan de basiszijde 32 is verder een uiteinde van een L-vormig bime-taalelement 33 bevestigd, waarvan het andere vrije uiteinde tussen het been 19 van het juk 18 en de aanslag 26 van de kop 25 van het anker 23 is gelegen.

Fig. 3b toont het bovenaanzicht van de in fig» 3a in zij-aanzicht getoonde uitvoeringsvorm van de stuurinrichting volgens de uitvinding. Hieruit kan duidelijk worden gezien dat het langwerpige gedeelte van het bimetaaleleraent 33 een scherpe hoek met de langsas van het langwerpige anker 23 maakt. Zoals reeds genoemd, biedt de schuine opstelling van het bimetaalelement 33 de mogelijkheid om met langere elementen te kunnen werken, dan wanneer het bimetaal in lijn met het anker zou worden opgesteld. Naar mate het bimetaalelement langer wordt, kan met een geringere energietoevoer voor het verschaffen van een gewenste uitwijking worden volstaan, hetgeen een verhoging van de gevoeligheid voor overbelastings-stromen betekent. Tevens wordt het afkoelend oppervlak van het bimetaalelement groter, waardoor dit na een uitwijking sneller naar zijn uit gangspositie zoals getoond in fig. 3 terugkeert. Bijgevolg kan de, door de stuurinrichting uitgeschakelde schakelaar na een thermische overbe-lastingssituatie weer sneller worden ingeschakeld.

Uiteraard zijn ook andere opstellingen mogelijk dan getoond om langere bimetaalelementen te kunnen toepassen. Zo kan het bimetaalelement 33 ook zijwaarts verplaatst ten opzichte van de lengte-as van het anker 23 aan de basiszijde 32 van het juk worden bevestigd. In een dergelijke excentrische opstelling kan het in de richting van het anker 23 gebogen deel van het bimetaalelement 33 langer zijn dan bij plaatsing van het bimetaalelement 33 evenwijdig aan de hartlijn van het anker 23. Het is eveneens mogelijk om het bimetaalelement 33 aan de ene zijde naast de iengte-as van het anker 2 3 aan de basiszijde 32 van het juk te bevestigen en het uiteinde van het bimetaalelement 33 aan de andere zijde van de lengte-as Van het anker 23 op de aanslag 26 van de kop 25 te laten aangrijpen.

Het getoonde bimetaaielement 33 is van het zogeheten direct verhitte type en nabij zijn uiteinden van soepele elektrisch geleidende aan-sluitdraden voorzien (niet getoond). In plaats van direct verhitte bime-taalelementen kunnen uiteraard ook zogeheten indirect Verhitte bimetaalelementen worden toegepast, waarbij het bimetaalelement van een afzonderlijk verwarmingselement is voorzien dat In de te beveiligen stroomkring wordt opgenomen of waaraan een met de te beveiligen stroom evenredige verdere stroom wordt toegevoerd. Voor meerfasentoepassingen kunnen meerdere bimetaalelementen of een bimetaalelement met meerdere verwarmingselementen worden ingezet.

In fig. 3a is de stuurinrichting in zijn eerste positie getoond, waarin het anker 23 onder invloed van de magnetische krachtwerking van de permanente magneet 22, via de eerste magneetketen tegen de shuntpiaat 31 aanligt. Zoals uit fig, 3a duidelijk is te zien, bevindt het andere uiteinde van het anker 23 zich op een afstand van de, naar het been 20 toegekeerde zijde van het been 19, Als gevolg van de relatief hoge magnetische weerstand welke de kop 25 vormt, zal er in de tweede magneetketen nagenoeg geen magnetisch veld van de permanente magneet 22 aanwezig zijn.

Een door de magneetwikkeling 30 vloeiende elektrische stroom zal in de tweede magneetketen een magnetisch veld opwekken, dat zich via het gedeelte van het anker 2 3 met de boring 29, en de benen 19 en 20 wil sluiten. Ongeacht de polariteit van het magnetische veld wordt op het anker 23 een magnetische kracht in de richting naar het been 19 uitgeoefend om de tweede magneetketen magnetisch te sluiten. Wanneer de stroom in de magneetwikkeling 30 boven een voorafbepaalde drempelwaarde komt, waarbij de genoemde krachtwerking op het anker groter is dan de door de permanente magneet 22 hierop uitgeoefende kracht in de eerste magneetke-ten, zal het anker 23 van de shuntplaat 31 losgetrokken worden en verder onder invloed van de drukveer 27 naar zijn tweede positie worden verplaatst, waarbij de kop 25 verder naar buiten uitsteekt dan getoond in fig. 3. De verplaatsing van het anker 23 is hierbij, zoals gewenst, onaf hanKelijk van de richting van de stroom door de magneetwikkeling 30 en is bijgevolg geschikt om direct met een wisselstroom te worden bekrachtigd.

Bij meerfasenstelsels kunnen uiteraard meerdere magneetwikkelingen 30 tussen de benen 19, 20 van het juk 18 worden aangebracht. De drempelwaarde waarboven het anker 23 via het magnetische veld in de tweede magnetische veld in de tweede magneecketen wordt verplaatst, is onder meer afhankelijk van de sterkte van de drukveer 27, de sterkte van de permanente magneet 22, het toegepaste magnetische materiaal voor het juk 18 en het anker 23, alsmede de magnetische weerstand in de tweede magneetketen.

Deze magnetische weerstand wordt bepaald door het materiaal waarvan de kop 25 is vervaardigd en de afstand tussen de naar binnen gekeerde zijde van het been 19 en het hier tegenoverliggende uiteinde van het anker 23. Wanneer de kop 25 en het anker 23 bijvoorbeeld met schroefdraad aan elkaar zijn verbonden, kan de afstand tussen het been 19 en het tegenoverliggende uiteinde van het anker 23 gemakkelijk worden gevarieerd en zomede de magnetische weerstand van de tweede magneetketen en bijgevolg de drempelwaarde.

Een relatief eenvoudige Verandering van deze drempelwaarde kan worden bewerkstelligd met de shuntplaat 31 waarmee het magnetische veld in de eerste magneetketen kan worden beïnvloed. Wanneer de shuntplaat 31 verder in de richting naar de basiszijde 32 van het juk 18 wordt verplaatst, neemt de op het anker 23 uitgeoefende aantrekkende kracht af en zal de stuurinrichting bijgevolg een veranderd excitatiegedrag vertonen. Met behulp van de shuntplaat 31 kunnen tolerantie-afwijkingen eenvoudig worden gecompenseerd of kan de stuurinrichting voor reactie op een he-paalde nominale stroomsterkte worden ingesteld, bijvoorbeeld om de in de inleiding genoemde selectiviteit tussen de elkaar in een stroomkring opeenvolgende schakelautomaten te bewerkstelligen.

Zoals in het voorgaande reeds is opgemerkt, kan de instelling op de nominale stroomsterkte eveneens plaatsvinden door een variatie van het aantal windingen van de magneetwikkeling 30 en/of de afstand tussen het been 19 en het tegenoverliggende uiteinde van het anker 23.

De op het anker 23 in de eerste magneetketen werkende magnetische kracht kan verder nog daardoor worden ingesteld, door de doorsnede van het gedeelte van het anker 23 dat zich in de eerste roagneetketen bevindt aan te passen, In fig. 3a is het uiteinde van het anker 23 nabij de shuntplaat in doorsnede verminderd, met als gevolg dat in de eerste positie daar ter plaatse onder invloed van de permanente magneet het anker magnetisch vrijwel in verzadiging is. Het zogeheten "plakken" . an het anker kan worden voorkomen door het tegenover de shuntplaat 31 liggende uiteinde geschikt af te ronden (niet getoond) of door de shuntplaat 31 een niet-uniforme doorsnede te geven.

Om het anker 23 ook te doen verplaatsen onder invloed van een gedetecteerde aardfoutstroom, kan tussen de benen 20 en 21 van het juk 18 een verdere magneetwikkeling rond het anker worden opgesteld. In fig. 3a is daartoe Schematisch, met onderbroken lijnen, een verdere magneetwiR-keling 34 aangegeven. Zoals in de inleiding reeds genoemd, wordt een ongewenst verschil tussen de fase- en nulstroom in het algemeen met een ringkerntransformator gedetecteerd en wordt het gedetecteerde signaal bijvoorbeeld in de vorm van een gelijkstroom ter beschikking gesteld. Deze gelijkstroom wordt vervolgens aan de verdere magneetwikkeling 34 toegevoerd, zodanig dat het door de permanente magneet 22 verschafte magnetische veld in de eerste magneetketen wordt verzwakt en het anker 23 bijgevolg onder invloed van de drukveer 27 kan worden verplaatst.

Overbelastingsstromen welke gedurende enige tijd zonder gevaar voor oververhitting van de elektrische installatie toelaatbaar zijn, worden onder invloed Van de werking van het bimetaalelement 33 gedetecteerd. Dit bimetaalelement 33 is zodanig ingericht, dat het vrije Uiteinde bij verwarming in de richting naar de aanslag 26 van de kop 25 Van het anker buigt. Hierdoor zal op den duur de eerste magneetketen worden verbroken en het anker 23 onder invloed van de drukveer 27 naar de tweede positie worden verplaatst. Omdat het bimetaalelement 33 slechts de voor het verbreken van de eerste magneetketen benodigde kracht hoeft te leveren, kan dit relatief licht van opbouw worden gehouden, dat wil zeggen met een geringe massa.

Om in het geval van bimetaalelementen van het direct verhitte type ongewenste stroompaden te vermijden, is het noodzakelijk dat elk bimetaalelement 33 onderling en op het anker elektrisch geïsoleerd aangrijpt. Hiertoe kan bijvoorbeeld de aanslag 26 van elektrisch isolerend materiaal worden vervaardigd of van een geschikte omhulling van elektrisch isolerend materiaal worden voorzien. Uiteraard kan ook het vrije uiteinde van het bimetaalelement 33 van geschikte elektrische isolerende middelen voor aangrijping op de aanslag 26 worden voorzien. Verder kan de bevestiging van het bimetaalelement 33 aan het juk 18 eveneens op elektrisch isolerende wijze worden uitgevoerd.

In de uitvoeringsvorm volgens fig. 3a, b zijn voor de eerste en tweede magneetketen tot éên in hoofdzaak S-vormig constructief geheel samengevoegde U-vormige jukken toegepast. Het zal echter duidelijk zijn dat de U-vormige jukken ook tot een in hoofdzaak E-vormig geheel kunnen worden samengevoegd.

Om te voorkomen dat als gevolg van de asymmetrische veldverdeling van een U-vormig juk het anker teveel naar een bepaalde kant wordt getrokken, kan in plaats van een open U-vormig juk ook een gesloten of nagenoeg gesloten U-vorm worden gehanteerd. In principe kan het juk 18 zowel uit êên geheel als uit afzonderlijke jukken bestaan. Dit laatste heeft echter constructief gezien het nadeel van uitlijning van de respectieve doorvoeropeningen voor het anker, het zoveel mogelijk zonder luchtspleten aan elkaar bevestigen van de jukken etc.. De kop 25 kan verder afwijkend van de getoonde uitvoeringsvorm, bijvoorbeeld door ver-lijming aan het betreffende eindvlak van het anker 23 worden bevestigd.

Fig. 4a is een gedeeltelijk in doorsnede weergegeven zij-aanzieht van een op het passieve principe gebaseerde uitvoeringsvorm van de stuurinrichting volgens de uitvinding getoond, met een bij benadering U-vormig juk 35 van magnetisch materiaal met een basiszijde 32 en benen 20 respectievelijk 21. Tussen de beide benen 20, 21 is weer een permanente magneet 22 opgesteld. In het verlengde van de magneetas (N-S) van de permanente magneet 22 is weer een staafvormig anker 23 van magnetisch materiaal beweegbaar ondersteund opgesteld. Het been 2Q is van een zodanige doorvoeropening voorzien, dat een gedeelte van het anker 23 buiten het juk 35 kan uitsteken.

Het anker 23 en de permanente magneet 22 worden eveneens door een, aan hun respectieve vormen aangepast ondersteuningslichaam 24 tussen de benen 20, 21 van het juk 35 gehouden. Omwille van de duidelijkheid is het zich tussen de benen 20, 21 bevindende gedeelte van het ondersteuningslichaam 24 ook nu in doorsnede weergegeven.

Aan het naar buiten uitstekende uiteinde van het anker 23 is een cilindrische kop 36 gevormd, waarvan de naar het been 20 van het juk toegekeerde zijde een aanslag voor een rond het naar buiten uitstekende gedeelte van het anker 23 aangebrachte drukveer 27 vormt. Deze drukveer ft 27 rust met zijn andere uiteinde tegen het naar buiten gekeerde opper vlak van het been 20.

Tussen de basiszijde 32 van het juk en het anker 23 is een U-vormig bimetaalelement 37 aangebracht, zodanig dat de langwerpige basiszijde 38 hiervan op afstand van de benen 20, 21 van het juk is gelegen, het bimetaalelement 37 is met het ene been 39 vast aan het been 21 van het juk bevestigd en kan met zijn andere been 40 vrij aangrijpen op de kop 36 van het anker 23.

De permanente magneet 22, het binnen het juk 35 gelegen gedeelte van het anker 23, de basiszijde 32 en de daarop aansluitende delen van de benen 20, 21 van het juk 35 en een tussen de permanente magneet 22 en het binnen de betten 20, 21 gelegen uiteinde van het anker 23 verschuifbaar opgestelde shuntplaat 31 van magnetisch materiaal vormen een eerste magneetketen,

Fig. 4b toont het aanzicht van de stuurinrichting, gezien vanaf de zijde waar het anker 23 buiten het juk 35 uitsteekt. Het been 20 is aan zijn vrije uiteinde bijvoorbeeld stapvormig versmald en van een T-vormi-ge wurglip 41 voorzien, waarmee het juk op bekende wijze aan een substraat kan worden bevestigd. Met de door het versmallen van het vrije uiteinde van het been 20 verkregen stappen 42 wordt de eerder genoemde fixatie van het ondersteuningslichaam 24 ten opzichte van het juk 35 bewerkstelligd. Het been 21 van het juk is op overeenkomstige wijze versmald en van een wurglip 41 voorzien.

Fig. 4c toont een aanzicht van de stuurinrichting gezien vanaf de basiszijde 32 van het juk. Het getoonde bimetaalelement 37 is weer van het direct verhitte type en aan zijn benen 39, 40 van soepele elektrisch geleidende aansluitdradeh voorzien (niet getoond). In plaats van een direct verhit bimetaalelement kan uiteraard in deze uitvoeringsvorm ook een indirect verhit bimetaalelement worden toegepast. Voor meerfasentoe-passingen kunnen ook in deze uitvoeringsvorm meerdere direct verhitte bimetaalelementen 37 of een indirect verhit bimetaalelement met meerdere verwarmingselementen worden ingezet. Een en ander met de nodige isola-tiemaatregelen om ongewenste stroompaden te vermijden. De kop 36 kan van bijvoorbeeld elektrisch isolerend materiaal worden vervaardigd of van een geschikte omhulling van elektrisch isolerend materiaal worden voorzien om in het geval van bimetaalelementen van het direct verhitte type ongewenste stroompaden te vermijden. Uiteraard kan ook het been 40 van het bitnetaalelement van geschikte elektrisch isolerende middelen voor aangrijping op het anker 23 of de kop 36 hiervan worden voorzien.

Zoals uit fig. 4c is te zien, is in de basiszijde 32 van het juk een rechthoekige opening 43 gevormd, zodanig dat de ter plaatse van deze opening aan de buitenomtrek van het juk grenzende delen van de basiszijde 32 twee door middel van lucht gescheiden magnetische takken 44, 45 zijn gevormd. Deze beide magnetisch gescheiden takken 44, 45 vormen een tweede magneetketen die magnetisch in serie met de eerste magneetketen is geschakeld. De beide takken worden door een enkele magneetwinding 46 van elektrisch geleidend materiaal omvat, zoals op vergrote schaal perspectivisch in fig. 5 is getoond.

Het ondersteuningslichaam 24 is zodanig gevormd, dat er r nd het anker 23 zonodig een verdere magneetwikkeling 34 kan worden aangebrachc om het anker 23 ook onder invloed van een gedetecteerde aardfoutstroom te doen verplaatsen, een en ander zoals schematisch getoond in fig. 4a. De werking van de stuurinrichting is nu als volgt.

Veronderstel dat het juk 35 van magnetisch materiaal met een in fig. 6 getoonde hysteresislus 47 is vervaardigd. De uiteinden van de hysteresislus zijn de gebieden waarin het materiaal magnetisch is verzadigd. De veldsterkte H van de permanente magneet 22 wordt nu zodanig gekozen, dat het juk 35 nabij het begin van zijn verzadiging wordt ingesteld, bijvoorbeeld het in fig. 6 met A aangegeven instelpunt. De door de permanente magneet 22 op het anker 23 uitgeoefende aantrekkingskracht en de door de drukveer 27 op het anker uicgeoefende duwkraeht zijn nu zodanig op elkaar afgestemd, dat in de uitgangspositie van de stuurinrichting een in de richting naar de permanente magneet werkende resulterende kracht op het anker wordt uitgeoefend. Wanneer vervolgens deze aantrekkende kracht zodanig wordt beïnvloed dat de door de drukveer 27 uitgeoefende kracht gaat overheersen, zal het anker 23 met zijn kop 36 in de richting weg van het been 20 van het juk worden verplaatst. Onder invloed van deze verplaatsing kunnen dan de contacten van een elektrische schakelaar voor het bijvoorbeeld onderbreken van een stroomkring worden geopend.

Beschouw nu fig. 5. De beide identieke magnetisch gescheiden takken 44, 45 worden eik zodanig door de, in de vorm van een "8" gevlochten magneetwinding 46 omvat dat de in de takken 44» 45 onder invloed van een in de magneetwinding 46 vloeiende elektrische stroom opgewekte magnetische velden even groot, maar tegengesteld aan elkaar gericht zijn. Het door de permanente magneet 22 verschafte magnetische veld zal bijgevolg in de ene tak worden versterkt en in de andere tak worden verzwakt. Wanneer het juk zoals besproken magnetisch is vooringesteld in het punt A van fig. 6, zal het duidelijk zijn dat als gevolg van het niet-lineaire verloop van de hysteresislus de totale magnetische inductie B in de magneetketen afneemt. Wanneer deze afname voldoende groot is, zal het anker onder invloed van de drukveer 27 vervolgens worden verplaatst» De richting waarin de stroom door de magneetwinding 46 vloeit is niet van invloed op de fluxafname, zodat is voldaan aan de eis dat het afschakelge-drag voor kortsluitstromen en relatief hoge overbelastingsstromen onafhankelijk is van de momentane polariteit van de af te schakelen stroom.

Door een geschikte keuze van de veldsterkte van de permanente magneet 22, de veerwerking van de drukveer 27 en de magnetische eigenschappen van het juk 35 en het anker 23 is gebleken dat met een uit één enkele winding bestaande magneetwikkeling het magnetische veld in de mag-neetketen voldoende kan worden verzwakt om een verplaatsing van het anker te bewerkstelligen. Dit heeft het voordeel dat de magneetwinding 46 direct in de te beveiligen stroomkring kan worden opgenomen en de draad-dikte hiervan op de maximaal te verwachten kortsluitstroom kan worden gedimensioneerd. Door het in de magneetketen vormen van meerdere onderling gescheiden takken, bijvoorbeeld via meerdere openingen 43, kan met het overeenkomstig fig. 5 aanbrengen van één enkele magneetwinding 46 een nog sterkere verzwakking van het magnetische veld worden bewerkstelligd. Door het aanbrengen van meerdere, elektrisch ten opzichte van elkaar geïsoleerde magneetwindingen kan bijvoorbeeld op eenvoudige wijze met één stuurinrichting een elektrische meerfasen-energieverdeelinstallatie worden beveiligd. Uiteraard kan voor elke fase ook een afzonderlijke opening 43 met bijbehorende magneetwinding 46 worden verschaft.

Het bimetaalelement 37 is zodanig ingericht, dat het vrije uiteinde hiervan bij verwarming in richting weg van de benen 20, 21 van het juk buigt. Naarmate de basiszijde 38 van het bimetaalelement 37 zich verder van het juk verwijdert, zal vanaf een bepaalde stand het been 40 van het bimetaalelement een kracht op de kop 36 van het anker uitoefenen In de richting weg van het been 20 van het juk. Hierdoor zal de eerste magneetketen worden onderbroken, waardoor de magnetische weerstand hiervan toeneemt en het anker 23 onder invloed van de drukveer 27 verder ten opzichte van het juk 35 naar buiten wordt verplaatst.

De uitwijking van het bimetaalelement ten opzichte van het juk blijft als gevolg van de gekozen U-vorra van het bimetaalelement eveneens -relatief gering. Als gevolg hiervan zal, nadat de overbelastingsstroom is afgeschakeld, het bimetaal relatief snel naar zijn uitgangspositie zoals getoond in fig. 4c terugkeren, zodat het anker weer relatief snel- door een uitwendige kracht in zijn uitgangspositie zoals getoond in fig. 4a kan worden teruggebracht.

Door de gekozen opstelling van de diverse onderdelen van de stuurinrichting, is een weinig ruimte-innemende, compacte en gevoelige con structie verschaft welke in de in het algemeen relatief kleine behuizingen van schakelautomaten kan worden ingebouwd. Wanneer de plaats van de magneetwinding 46 bij het inbouwen van de stuurinrichting in schakelaars problemen oplevert* kan met voordeel van een afzonderlijk lichaam voor het in serie met de eerste magneetketen opnemen van een tweede magneet-keten met magnetisch gescheiden takken worden toegepast.

In fig, 7 is daartoe perspectivisch, schematisch een langwerpig cilindrisch lichaam 48 van magnetisch materiaal getoond, dat bijvoorbeeld tussen de permanente magneet 22 en het anker 23 kan worden opgenomen, met de langsas in de richting van de magneetas (N-S) van de permanente magneet 22.

Met behulp van de in radiale richting van het lichaam 48 aangebrachte opening 49 zijn twee onderling door lucht magnetisch gescheiden takken 50 en 51 verschaft, vergelijkbaar met de magnetisch gescheiden takken 44 en 45 van de basiszijde 32 van het juk. Ter plaatse van de takken 50, 51 zijn in het manteloppervlak van het cilindrische lichaam 48 uitsparingen 52 gevormd, voor het opnemen van een magneetwinding zoals getoond in fig. 5.

Het zal duidelijk zijn dat het lichaam 48 ook andere geschikte vormen kan hebben, zo nodig met meerdere onderling magnetisch gescheiden takken. Bij toepassing van een dergelijk afzonderlijk lichaam 48 dient de permanente magneet 22 een zodanige sterkte te hebben dat tenminste dit lichaam 48 in of nabij zijn verzadigingspunt wordt ingesteld.

Het spreeict vanzelf dat de uitvinding niet tot de in de figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeelden is beperkt, maar dat vele wijzigingen, aanvullingen en onderlinge combinaties mogelijk zijn zoals ten aanzien van de plaats en de vorm van het bimetaalelement, de vorm van het anker en het juk, het ai dan niet toepassen van een shuntplaat of een verdere magneetwikkeling voor het afschakelen bij aardfoutstromen enz., zonder buiten het kader en de omvang van de uitvinding te treden.

Claims (21)

1. Stuurinrichting voor een elektrische schakelaar, omvattende een juk van magnetisch materiaal dat een beweegbaar ondersteund langwerpig anker en een in het verlengde hiervan vast opgestelde permanente magneet omsluit, van welk. anker een einddeel buiten het juk uitsteekt, waarbij het anker en het juk een magneetketen vormen voor het onder invloed van het magnetische veld van de permanente magneet in een eerste oositie houden van het anker, verder omvattende althans één magneetwikkeling en veermiddelen voor het naar een tweede positie doen verplaatsen van het anker, in welke tweede positie het genoemde einddeel van het anker verder buiten het juk uitsteekt dan in de eerste positie, met het kenmerk, dat de althans ene magneetwikkeling deel uitmaakt van een verdere magneetketen voor het onder invloed.van een magnetisch veld opgewekt door een tijdens bedrijf in de althans ene magneetwikkeling vloeiende elektrische stroom, naar de tweede positie doen verplaatsen van het anker, en waarbij bimetaalmiddelen voor het eveneens naar de tweede positie doen verplaatsen van het anker zijn verschaft.

2. Stuurinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verdere magneetketen een verder juk van magnetisch materiaal omvat dat het genoemde einddeel van hét anker omsluit, waarbij het uiteinde van dit einddeel overgaat in een kóp met een hogere magnetische weerstand dan die van het anker, welke kop buiten het verdere juk uitsteekt, waarbij in de eerste positie van het anker het genoemde uiteinde op afstand is gelegen van de zijde van het verdere juk waar doorheen de kop naar....... buiten uitsteekt, en waarbij de althans ene magneetwikkeling binnen het verdere juk rond het einddeel van het anker is opgesteld.

3. Stuurinrichting Volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de beide jukken tot één constructief geheel zijn samengevoegd, en elk een open U-vormige dan wel een gesloten of nagenoeg gesloten U-vormige doorsnede bezitten.

4. Stuurinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de beide jukken als geheel een in wezen U-, S-, E-, 8- of 9-vormige doorsnede hebben, waarbij twee aangrenzend gelegen zijden hiervan van een doorvoeCopening voor het anker zijn voorzien.

5. Stuurinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de beide jukken als één geheel zijn gevormd.

6. Stuurinrichting volgens conclusie 2, 3, 4 of 5, met het kenmerk, dat de kop en het anker gedeeltelijk in elkaar passend zijn bevestigd.

7. Stuurinrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de kop en het anker middels een pen-gat-verbinding aan elkaar zijn bevestigd.

8. Stuurinrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de pen-gat-verbinding als een schroefverbinding is uitgevoerd,

9. Stuurinrichting volgens een of meer van de conclusies 2 tot en met 8, met het kenmerk, dat de kop van kunststof is*

10. Stuurinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verdere magneetketen althans een paar onderling magnetisch gescheiden takken van magnetisch geleidend materiaal omvat, welke verdere magneetketen met de ene magneetketen magnetisch in serie is geschakeld, welk althans ene paar takken zodanig door de althans ene magneetwikkeling wordt omvat, dat door een tijdens bedrijf hierin vloeiende elektrische stroom de takken onderling tegengesteld worden gemagnetiseerd als gevolg waarvan het, op het anker werkende magnetische veld van de permanente magneet wordt verzwakt ten behoeve van het naar de tweede positie doen verplaatsen van het anker.

11. Stuurinrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de verdere magneetketen wordt gevormd door althans Eén in het juk aangebrachte opening, waarbij de aan deze althans ene opening grenzende delen van het juk het althans ene paar onderling magnetisch gescheiden takken vormen»

12. Stuurinrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het althans ene paar onderling magnetisch gescheiden takken van de verdere magneetketen in een, in langsrichting van het anker opgenomen lichaam van magnetisch materiaal is gevormd,

13. Stuurinrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat het althans ene lichaam in wezen staafvormig is, met althans Een zodanig in radiale richting gelegen opening dat de, in langsrichting gezien, aan deze opening grenzende delen van het althans ene lichaam het althans ene paar onderling magnetisch gescheiden takken vormen.

14. Stuurinrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een binnen het juk rond het anker opgestelde verdere magneetwikkeling is verschaft, welke zodanig is ingericht, dat onder invloed van een magnetisch veld opgewekt door een tijdens bedrijf hierin vloeiende verdere elektrische stroom het magnetische veld van de permanente magneet in de ene magneetketen wordt verzwakt ten behoeve van het naar de tweede positie doen verplaatsen van het anker.

15. Stuurinrichting volgens Eén of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat tussen het anker en de permanente magneet een shunt van magnetisch materiaal is aangebracht voor het beïnvloeden van het magnetische veld in de ene magneetketen.

16. Staar inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk., dat de shunt als een evenwijdig aan een zijde van het juk beweegbaar opgestelde plaat is uitgevoerd.

17. Stuurinrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies , met het kenmerk, dat het anker nabij de permanente magneet zodanig in doorsnede is verminderd, dat het in de eerste positie daar ter plaatse onder invloed van de permanente magneet magnetisch vrijwel in verzadiging is.

18. Stuurinrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de bimetaalmiddelen althans êên langwerpig elektrisch bimetaalelement omvatten, van welk althans ene bimetaalelement het ene uiteinde vast aan het juk is bevestigd en het andere uiteinde vrij beweegbaar op het naar buiten uitstekende einddeel van het anker of de kop kan aangrijpen, voor het tijdens bedrijf naar de tweede positie doen verplaatsen van het anker.

19. Stuurinrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat het althans ene langwerpige bimetaalelement zodanig is opgesteld, dat zijn langsas een scherpe hoek met de langsas van het langwerpige anker maakt.

20. Stuurinrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat het althans ene bimetaalelement bij benadering U-vormig is en met zijn basiszijde in hoofdzaak evenwijdig aan het anker is gelegen, waarbij het ene been van het althans ene bimetaalelement aan die zijde van het juk is bevestigd door welk het anker niet naar buiten uitsteekt en waarbij het andere been van het althans ene bimetaalelement op het naar buiten uitstekende einddeel van het anker of de kop kan aangrijpen.

21. Elektrische schakelaar met een behuizing voorzien van althans één contactenpaar, een veerstelsel en bedieningsraiddelen voor het onder invloed van de werking van het veerstelsel in de ene of de andere positie brengen van het althans ene contactenpaar, welke bedieningsmiddelen een stuurinrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies omvatten.