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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Auslöserelaisvorrichtung für einen
Fehlerstromschutzschalter umfassend eine Magneteinrichtung zum Betätigen eines
Schaltschlosses des Schutzschalters, ein Gehäuse, welches die Magneteinrichtung
umschließt,
eine Drehkomponente, die in dem Gehäuse von einer ersten Drehposition
in eine zweite Drehposition drehbar gelagert und von der Magneteinrichtung
betätigbar
ist, und einen der Magneteinrichtung entgegen wirkenden Auslösekraftspeicher,
der an einer Drehkomponente so angeordnet ist, dass ein durch ihn
erzeugtes Drehmoment während
einer Drehung der Drehkomponente im Wesentlichen konstant bleibt.
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Auslöserelais
dienen als Bestandteile von Fehlerstromschutzschaltern dazu, bei
einem auftretenden Fehlerstromfluss ein Spannungssignal in eine mechanische
Bewegung umzuwandeln. Bei der mechanischen Bewegung kann es sich
beispielsweise um die Drehung eines Hebels handeln, welcher gegen
einen Entklinkungshebel drückt
und somit eine Schaltstellung eines Schaltschlosses ändert.
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Um
eine ausreichend große
Kraft auf den Auslösehebel
des Auslöserelais
zu übertragen,
ist dieser an einer Drehkomponente angeordnet. Nahe an der Drehkomponente
angeordnet ist auch ein Permanentmagnet, welcher auf Teile der Drehkomponente
eine Anziehung ausübt.
Dem entgegen wirkt eine Feder, welche in ihrer Federkonstante so
gewählt
ist, dass die von ihr auf die Drehkomponente ausgerichtete Kraft
nicht ausreicht, um die Drehkomponente gegen die Kraft des Permanentmagneten aus
ihrer Grundposition herauszudrehen. Erst über eine Abschwächung des
Magnetfeldes kann der Kraftübertrag
auf den Auslösehebel
des Auslöserelais
beginnen.
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Zu
diesem Zweck wird der Fehlerstrom durch eine Spule, welche Teil
der Magneteinrichtung des Auslöserelais
ist, geleitet. Das dabei erzeugte Magnetfeld wirkt dem Feld des
Permanentmagneten entgegen. Wird das Feld des Permanentmagneten durch
das über
den Stromfluss durch die Spule induzierte Feld soweit abgeschwächt, dass
es die Drehkomponente nicht mehr in der Grundposition halten kann,
so wird die Drehkomponente durch die an ihr angeordnete Feder gedreht.
Die Drehkomponente vollführt
dabei eine Drehbewegung aus ihrer Grundposition heraus in eine Maximalauslenkung.
Der an dieser Drehkomponente angeordnete Auslösehebel kann somit eine Funktion
erfüllen,
beispielsweise ein Schaltschloss in die AUS-Stellung verschieben.
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Allerdings
ist ein Magnetsystem mit seinen Polflächen, verwendet für ein Auslöserelais
zu dem schon beschriebenen Zweck, in seiner Funktionsweise extrem
anfällig
in Bezug auf Verschmutzungen. Es ist deshalb wichtig, dass eine
Verschmutzung der Polflächen
durch ein dazu geeignetes Gehäuse
verhindert wird. In der Druckschrift
CH
538 189 ist ein derartiges Gehäuse mit der darin angeordneten
Magneteinrichtung beschrieben. Das dort beschriebene Auslöserelais überträgt die Drehbewegung
des Ankerhalters durch eine im Gehäuse drehbar gelagerte Welle
nach außen
auf einen Mitnehmer. An diesen Mitnehmer ist eine Schraubenfeder
als Auslösekraftspeicher
montiert. Der Auslösekraftspeicher
ist außerdem
an dem Gehäuse
so befestigt, dass der Abstand der Wirkungslinie des Auslösekraftspeichers von
der Drehachse des Mitnehmers beim Drehen des Mitnehmers in die Auslöserichtung
und Auslösen
des Schaltschlosses unter Erhöhung
des auf den Mitnehmer übertragenen
Moments vergrößert wird.
Das dort vorgestellte Auslöserelais
verlangt einen sehr arbeitsaufwändigen
Einbau aufgrund der unter Umständen
nachträglich
einzuspannenden Feder und der Vorsichtsmaßnahmen gegen eventuelle Beschädigungen.
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Darüber hinaus
ist aus der Druckschrift
EP
0 829 896 A2 ein Magnetauslöser für einen Fehlerstromschutzschalter
bekannt, der einen von einem Permanentmagneten gespeisten, magnetischen Kreis
mit einem U-förmig
ausgebildeten Joch und mit einem von einem vorgespannten Federelement
belasteten Anker aufweist. Die Bewegung des Ankers wird durch einen
Stößel auf
ein Schaltschloss übertragen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen
Fehlerstromschutzschalter zu entwickeln, dessen Auslöserelais
eine geringe magnetische Auslösekraft
aufweist und dessen Auslöseorgan
dennoch in der Lage ist, beim Auslösen des Schaltschlosses die
auf den Entklinkungsmechanismus einwirkende Kraft mit ausreichender
Sicherheit zu überwinden.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst, durch
eine Auslöserelaisvorrichtung
für einen Schutzschalter,
insbesondere einen Fehlerstromschutzschalter umfassend eine Magneteinrichtung zum
Betätigen
eines Schaltschlosses des Schutzschalters, ein Gehäuse, welches
die Magneteinrichtung umschließt,
eine Drehkomponente, die in dem Gehäuse von einer ersten Drehposition
in eine zweite Drehposition drehbar gelagert und von der Magneteinrichtung
betätigbar
ist, und einen der Magneteinrichtung entgegen wirkenden Auslösekraftspeicher, der
an einer Drehkomponente so angeordnet ist, dass ein durch ihn erzeugtes
Drehmoment während einer
Drehung der Drehkomponente im Wesentlichen konstant bleibt, wobei
die Drehkomponente an einem gegenüber dem Gehäuse starren Bolzen drehbar
gelagert ist, der Auslösekraftspeicher
direkt an der Drehkomponente befestigt ist und ein Stößel in dem Gehäuse angeordnet
ist und so mit der Drehkomponente zusammenwirkt, dass er bei einer
der Drehung der Drehkomponente aus dem Gehäuse zum direkten Einwirken
auf das Schaltschloss teilweise herausgeschoben wird.
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Erfindungsgemäß kann somit
auf einen komplexen Mitnehmer verzichtet werden, der mit dem Entklinkungshebel
des Schaltschlosses zusammenwirkt. Außerdem muss mit der Drehkomponente
keine Welle mitgedreht werden, wodurch Kraft eingespart wer den kann.
Außerdem
wird das Drehmoment und damit die vom Stößel übertragene Kraft konstant gehalten.
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Vorzugsweise
ist die Drehkomponente ein Ankerhalter, der den Anker der Magneteinrichtung hält. Somit
kann die Kraft des Auslösekraftspeichers bzw.
der Magneteinrichtung direkt vom Ankerhalter über den Stößel zu einem Entklinkungshebel übertragen
werden.
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Der
Ankerhalter kann einteilig ausgebildet sein. Insbesondere kann er
als Blechstanzteil gefertigt werden. Somit ist er leicht herzustellen
und auf zusätzlich
notwendige Komponenten wie Ankerausgleichselement und dergleichen
kann verzichtet werden.
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Darüber hinaus
kann der Auslösekraftspeicher
in dem Gehäuse
angeordnet sein. Somit lässt sich
der Auslösekraftspeicher
mit dem gleichen Schutzgehäuse
wie die Magneteinrichtung vor Staub und anderen Beschädigungen
geschützt
werden. Es entsteht somit kein zusätzlicher Kostenaufwand und die
Bauweise wird dadurch kompakter. Aus diesem Grunde wird auch der
Einbau des Auslöserelais
viel weniger arbeitsaufwändig,
da ein nachträgliches
Einbauen des Auslösekraftspeichers
bzw. der Federeinrichtung an das Schutzgehäuse mit der darin angeordneten
Magneteinrichtung nicht mehr nötig
ist.
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Des
Weiteren kann der Auslösekraftspeicher eine
Schraubenfeder umfassen. Derartige Federn sind robust und kostengünstig in
der Herstellung. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Auslösekraftspeicher
ferner auch an dem Gehäuse
oder der Magneteinrichtung befestigt.
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Darüber hinaus
kann die Magneteinrichtung mindestens einen Permanentmagneten und
mindestens eine Spule mit induzierbaren Magnetfeld umfassen und
das Magnetfeld des Permanentmagneten durch das über einen Stromfluss durch
die Spule induzierte Magnetfeld verringerbar sein. Dadurch ist gewährleistet,
dass ein über
eine lange Zeit konstantes Magnetfeld über einen geringen Stromfluss
durch die Spule schnell und verlässlich
variiert werden kann.
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Zusätzlich kann
die Drehkomponente bei fehlendem Stromfluss durch die Spule über das
Feld des Permanentmagneten entgegen der Kraft der mindestens einen
Feder der Federeinrichtung in die erste Position drehbar sein. Somit
wird gewährleistet, dass
der Anker im stromlosen Zustand der Magneteinrichtung sicher gehalten
wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in
denen zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßes Auslöserelais in
EIN-Stellung;
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2 ein
erfindungsgemäßes Auslöserelais in
AUS-Stellung; und
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3 ein
erfindungsgemäßes Auslöserelais und
ein Schaltschloss in der EIN-Stellung.
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Das
nachfolgend näher
geschilderte Ausführungsbeispiel
stellt eine bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dar.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Auslöserelais
für einen
Fehlerstromschutzschalter im Querschnitt zu sehen. Innerhalb des
Gehäuses 1 befindet sich
eine Magneteinrichtung 2 einschließlich Permanentmagnet und Erregerspule 3.
Ebenfalls zu erkennen ist eine Drehkomponente umfassend einen Ankerhalter 4,
einen auf den Polflächen
der Magneteinrichtung 2 ruhenden Anker 5 und einen
im Wesentlichen senkrecht zum Ankerhalter 4 angeordneten Schenkel 9 mit
einer Federeinhängung 10. Über eine Welle 6 sind
Ankerhalter 4, Anker 5 und Schenkel 9 so
mit dem Gehäuse
verbunden, dass sie zusammen eine Drehbewegung um die Drehachse 15 des
Ankerhalters ausführen
können.
An der Federeinhängung 10 des
Schenkels 9 ist eine Auslösefe der 7 eingehängt, welche
an ihrem anderen Ende über
einen Zapfen 11 mit dem Gehäuse 1 verbunden ist.
Auf dem Ankerhalter 4 ruht als Verschiebeelement ein Stößel 8,
welcher in seiner Position nach oben, beziehungsweise in Richtung
aus dem Gehäuse
heraus verschiebbar ist.
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Die
aus einem Ankerhalter 4, dem Anker 5 und dem Schenkel 9 gebildete
Drehkomponente ist in 1 in ihrer EIN-Stellung, beziehungsweise
ihrer Grundposition zu erkennen. Durch die Erregerspule 3 fließt kein
Strom und das einzige Magnetfeld innerhalb des Gehäuses 1 ist
das des Permanentmagneten, der Teil der Magneteinrichtung 2 ist.
Da dieses Feld über
einen langen Zeitraum konstant ist, wird auch die Drehkomponente
aus Ankerhalter 4, Anker 5 und Schenkel 9 über die
magnetische Anziehungskraft konstant in der Grundposition gehalten.
Die magnetische Kraft an den Polflächen, die die Drehkomponente
entgegen der Federkraft in ihrer Grundposition hält, kann stark beeinflusst
werden durch Verschmutzungen an den Polflächen. Deshalb ist es wichtig,
dieses System und damit ihre Anker- und Polflächen in geöffneter Stellung vor Verschmutzungen
zu schützen.
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Hierzu
eignet sich ein entsprechendes Gehäuse 1. Wie in 1 gezeigt
ist, ist der Stößel 8 so in
das Gehäuse
eingefügt,
dass ein Eindringen von Staub vermieden werden kann. Damit erfüllen Gehäuse 1 und
Stößel 8 diese
notwendige Vorraussetzung, um eine korrekte Funktion des Auslöserelais
zu gewährleisten.
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Wichtig
ist auch, dass die an der Federeinhängung 10 des Schenkels 9 angeordnete
Auslösefeder 7 in
ihrer Federkonstante so gewählt
ist, dass die von ihr ausgeübte
Kraft auf die Drehkomponente kleiner als die Anziehungskraft des
Permanentmagneten ist. Dies verhindert eine Fehldrehung der Drehkomponente
und damit eine Fehlbetätigung
des Auslöserelais
sofern kein Fehlerstromsignal vorliegt.
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Erfindungsgemäß ist die
Auslösefeder
ebenfalls innerhalb des Gehäuses
angeordnet, wie es in 1 zu erkennen ist. Dies gewährleistet,
dass die Auslösefeder 7 ihre
Federspannung nicht durch Beschädigungen
verliert. Da es mit dieser Anordnung auch nicht nötig ist,
die Auslösefeder 7 nachträglich einzubauen,
kann auch eine Beschädigung
der Auslösefeder 7 während des
Einbauvorganges ausgeschlossen werden.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise des Auslöserelais
näher erläutert. Liegt
ein Fehlerstrom vor, so wird durch die Erregerspule 3 ein
Auslösestrom
geleitet. Aufgrund dieses Stromflusses durch die Erregerspule 3 wird
ein Magnetfeld erzeugt, welches dem des Permanentmagneten 2 entgegengesetzt
ist. Die magnetische Anziehungskraft auf den Anker 5 wird
damit abgeschwächt.
Die Kraft der Federspannung der Auslösefeder 7 auf die
Drehkomponente wirkt weiterhin. Wird die Anziehungskraft der Magneteinrichtung
soweit verringert, dass sie kleiner als die von der Auslösefeder 7 ausgeübte Kraft
wird, so führen
Ankerhalter 4, Anker 5 und Schenkel 9 zusammen
eine Drehbewegung um die Drehachse 15 des Ankerhalters 4 aus.
Die Drehkomponente dreht sich dann aus der Grundposition in eine
Maximalauslenkung, wie sie in 2 gezeigt
ist, d.h. von der EIN-Stellung in die AUS-Stellung. Der auf dem
Ankerhalter 4 ruhende Stößel 8 wird dabei aus
dem Gehäuse
heraus, beziehungsweise nach oben verschoben.
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In 3 ist
ein Auslöserelais
innerhalb eines Schaltschlosses zu sehen. An dem Stößel 8 angeordnet
ist ein Entklinkungshebel 12, der bei einer Verschiebung
des Stößels 8 in
seiner Position ebenfalls verschoben wird. Über die Bewegung des Entklinkungshebels
ist es damit möglich,
ein Schaltschloss 14 in die AUS-Stellung zu schalten.
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Daraus
ergibt sich, dass nach dem Stand der Technik auch die im EIN-Zustand
auf den Anker 5 des Auslöserelais wirkende magnetische
Haltekraft der Permanentmagneten 2 entsprechen hoch sein muss
und deshalb die von der Erregerspule 3 einzu speisende Leistung,
die zur Freigabe des Ankers 5 notwendig ist, ebenfalls
groß sein
muss.
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Bei
dem Drehvorgang hängt
die auf den Stößel 8 übertragene
Kraft von dem Drehmoment ab, welches durch die Auslösefeder 7 auf
die Drehkomponente ausgeübt
wird. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, die Auslösefeder 7 innerhalb
des Gehäuses 1 so
anzuordnen, dass das von der Federkraft auf den Schenkel 9 ausgeübte Drehmoment
während der
Drehung von Schenkel 9, Ankerhalter 4 und Anker 5 aus
dem Grundzustand heraus in eine Maximalauslenkung im Wesentlichen
konstant bleibt.
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Der
Kraftspeicher des Auslöserelais
ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand der Wirkungslinie 16 des
Kraftspeichers von der Drehachse 15 des Ankerhalters 4 beim
Drehen des Ankerhalters 4 von der EIN-Stellung in die AUS-Stellung vergrößert. Wie
aus den Bildern 1 und 2 ersichtlich, ist der Abstand
a2 der Wirkungslinie 16 der Auslösefeder 7 erheblich
größer als
der Abstand a1. Von zusätzlichen
Vorteil ist es, die Auslösefeder 7 so
zu dimensionieren, dass sich ihre Länge bei der Drehung der Drehkomponente
nur geringfügig ändert und
somit wenig Federkraft verloren geht.
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Durch
das nahezu konstant gehaltene Drehmoment, ausgeübt von der Auslösefeder 7 auf
die Drehkomponente, und der daraus resultierenden Kraft auf den
Stößel 8 während der
Drehung der Drehkomponente von der EIN-Stellung in die AUS-Stellung,
kann die magnetische Haltekraft des Permanentmagneten in der Magneteinrichtung 2 im EIN-Zustand
reduziert werden. Das bedeutet einerseits, dass im Gegensatz zu
den linear abfallenden Momentenverläufen und entsprechend abfallende Stößelkräfte nach
dem Stand der Technik, die Materialquerschnitte der weichmagnetischen
Teile verringert werden können.
Zusätzlich
wird durch die Reduzierung der magnetischen Haltekraft der Magneteinrichtung 2 auch
eine kleinere Auslöseleistung
benötigt,
um das System über
die Erregerspule 3 auszulösen. Auch dies gewährleistet
neue Möglichkeiten
bei der Wahl einer pas senden Erregerspule 3. Möglich sind
somit Auslöserelais
mit gleicher Bauform wie im Stand der Technik aber mit besseren
mechanischen Auslösewerten.