DE19926730A1 - Magnetsystem für Schutzschalter - Google Patents

Abstract

Es ist ein Magnetsystem für einen Leitungsschutzschalter beschrieben, das einen Tragkörper (1), der eine Spule umgibt, und einen der Spule zugeordneten Anker (4) hat, der unter der Magnetkraft der Spule bewegbar ist, um den Leitungsschutzschalter auszulösen. Der Tragkörper (1) ist mit einem an seinen beiden Enden mit dem Tragkörper verbundenen Bügel (2) versehen, mit dem der Anker (4) im Nichtauslösezustand in Anlage ist. Mit der Zunahme eines die Spule (3) durchfließenden Stroms steigt das durch die Spule erzeugte Magnetfeld an, und nach Überschreiten der magnetischen Sättigung des Bügels (2) wird der Anlagekontakt zwischen Bügel (2) und Anker (4) gelöst und der Anker der Magnetkraft der Spule folgend in den Auslösezustand verlagert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetsystem insbesondere für einen Leitungsschutzschalter.

Leitungsschutzschalter werden in der Elektrotechnik zum Schutz von Schaltkreisen gegen Überlastung, z. B. durch Kurzschlüsse oder dergleichen, verwendet und dienen zur automatischen Unterbrechung einer Leitung, d. h. sie lösen aus, wenn eine solche Überlastung auftritt.

Für einige mögliche Überlastungsfälle wird ein Magnetsystem zur Auslösung des Leitungsschutzschalters verwendet. Solche Magnetsysteme sind bekannt. Das bekannte Magnetsystem hat einen beweglichen Anker, der einer von dem Strom in der zu überwachenden Leitung durchflossenen Spule zugeordnet ist. Wird der Strom in der Spule größer als ein vorbestimmter Auslösestrom, wird der Anker durch das sich vergrößernde Magnetfeld der Spule verschoben und löst den Leitungsschutzschalter aus.

Weil die Spule üblicherweise von dem zu überwachenden Strom durchflossen ist, ist das Auslöseglied, d. h. der Anker, von einer Feder in einer definierten Ruhelage gehalten, um ein definiertes Ansprechen des Leitungsschutzschalters sicherzustellen und Fehlauslösungen zu vermeiden.

Die Leitungsschutzschalter werden in großen Stückzahlen hergestellt, da nahezu sämtliche Stromkreise in Häusern, Fabriken und dergleichen inzwischen durch solche Schalter abgesichert werden müssen.

Es besteht eine Vielzahl verschiedener Anforderungen an die Auslöseeigenschaft oder die Charakteristik der Leitungsschutzschalter. Für eine Absicherung gegen Kurzschlüsse ist ein zuverlässiges und schnelles Ansprechen erwünscht, während der Leitungsschutzschalter gleichzeitig nicht vorzeitig ansprechen soll, wenn kurzzeitige Überströme beispielsweise durch Anlaufströme von Motoren etc. in der Leitung anfallen. In diesem Sinne ist eine gewisse Trägheit des Ansprechens des Leitungsschutzschalter erwünscht. Da eine solche Trägheit jedoch ein zusätzliches Risiko bedeutet, werden solche trägeren Leitungschutzschalter nur dort eingesetzt, wo die vorgenannte Anforderung an das Ansprechverhalten tatsächlich gegeben ist. Dies bedeutet, daß der Markt eine Vielzahl von Leitungsschutzschaltern fordert, die den gleichen Nennstrom haben, jedoch unterschiedliche Charakteristiken (Trägheiten) haben.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurde bisher die Abstimmung des Magnetsystems (Spule, Anker, Feder) passend gewählt, um so das für die jeweilige Charakteristik passende Magnetsystem herzustellen. Dies bedeutete bisher, daß eine Vielzahl verschiedener Magnetsysteme für den gleichen Nennstrom von Grund auf neu konzipiert und gefertigt wurde.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein Magnetsystem vorzuschlagen, das über eine Änderung an dem bereits fertig montierten Magnetsystem an verschiedene Charakteristiken angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem Magnetsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß hat das Magnetsystem für einen Leitungsschutzschalter einen magnetischen Tragkörper zur Aufnahme eines zum Auslösen des Leitungsschutzschalters gegen eine Federkraft verlagerbaren Ankers oder bewegbaren Kerns (auch als Zuganker bezeichnet) aus einem magnetischen Material, der einer Spule zugeordnet ist, wobei im Nichtauslösezustand ein Ende des Ankers gegen die Verlagerungsrichtung aus dem Tragkörper vorsteht und mit der dem Tragkörper zugewandten Seite eines an beiden Enden an dem Tragkörper befestigten Bügels aus magnetischen Material in Anlage ist, der den Anker nach Erreichen der magnetischen Sättigung des Bügels zur Verlagerung durch die Spule freigibt.

Der Bügel bildet einen magnetischen Rückschluß oder Bypass, in dem sich zunächst die Feldlinien des von der Spule erzeugten Magnetfelds bündeln, so daß der Anker an den Bügel angezogen wird. Wird das Magnetfeld der Spule durch Anstieg des die Spule durchfließenden Stroms erhöht, so gelangt das Material des Bügels in den Bereich der magnetischen Sättigung, d. h. es fließen keine zusätzlichen Feldlinien durch den Bügel.

Gleichzeitig nimmt aber mit dem zunehmenden Magnetfeld der Spule die Magnetkraft zu, die den Anker in die Spule zu ziehen versucht. Bei einer bestimmten Stromstärke in der Spule wird das Gleichgewicht der Magnetkräfte zugunsten der Magnetkraft der Spule verschoben, d. h. der Anker kommt von dem Bügel frei, weil die den Anker in die Spule ziehende Kraft größer wird als die Federkraft auf den Anker und die magnetische Haltekraft zwischen Anker und Bügel. Der freigekommene Anker wird von der Spule angezogen und zum Auslösen des Leitungsschutzschalters bewegt, d. h. der Anker bewegt sich in dem Magnetsystem dann so, als ob der Bügel nicht vorhanden wäre.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Magnetsystems;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Magnetsystems aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht des Magnetsystems aus Fig. 1; und eine Schnittdarstellung des Magnetsystems entlang der Schnittlinie A-A aus Fig. 3.

Gemäß Fig. 1 hat das Magnetsystem einen Tragkörper 1, eine Spule 3, die auf einen Anker 4, der auch als bewegbarer Kern bzw. als Zuganker bezeichnet wird, einwirken kann sowie einen Bügel 2, der an dem Tragkörper 1 angebracht ist.

Der Tragkörper 1, der Bügel 2 und der Anker 4 bestehen aus einen magnetischen vorzugsweise einem weichmagnetischen Material, das von einem durch die Spule erzeugten Magnetfeld magnetisierbar ist. Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, ist der Anker 4 in einer Hülse 5 angeordnet, die sich in das Innere der Spule 3 erstreckt. Diese Hülse 5 ist aus einem nichtmagnetischen Material und dient der Führung des Ankers 4, wenn dieser durch das Magnetfeld der Spule 3 angezogen wird. Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, ist der Anker 4 in Anlage mit dem Bügel 2, der an dem Tragkörper 1 befestigt ist.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Magnetsystems. In Fig. 2 ist der Bügel 2 deutlich zu erkennen, wobei der Bügel 2 einen Arm 21 hat, der sich zu einem Abschnitt des Tragkörpers 1 erstreckt und in Anlage mit diesem ist. Wie in Fig. 2 ferner zu sehen ist, umgreift der Bügel 2 den Anker 4 und bedeckt im wesentlichen dessen gesamte Stirnfläche. Es ist anzumerken, daß die Abmessungen des Bügels, d. h. auch der Anteil der Stirnfläche des Ankers 4, der durch den Bügel 2 abgedeckt wird, im Einzelfall der jeweiligen Auslösecharakteristik des Magnetsystems angepaßt ist. Der Bügel kann folglich auch ein schmaler Streifen sein, der lediglich einen Teil des Ankers 4 bedeckt.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf das in Fig. 1 gezeigte Magnetsystem. In Fig. 3 ist neben dem Tragkörper 1 und der Spule 3 deutlich zu erkennen, wie der Bügel 2 den Anker 4 des Magnetsystems umgibt. Ferner ist aus Fig. 3 zu ersehen, daß der Bügel 2 mit dem Anker 4 in Anlage ist. Ferner zeigt Fig. 3 deutlich, wie der Bügel 2 mit seinen beiden gebogenen Enden 22 und 23 am Tragkörper 1 des Magnetsystems befestigt ist.

Fig. 4 schließlich zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 3. In der aufgeschnittenen Darstellung gemäß Fig. 4 ist der die Spule 3 im wesentlichen ringförmig umgebende Tragkörper 1 zu erkennen. In den Tragkörper ist die Spule 3 eingesetzt und umgibt eine Hülse 5, in der der Anker 4 verschiebbar angeordnet ist. Eine Feder 42 zwingt den Anker 4 in die Ruhelage, d. h. in Anlage mit dem Bügel 2 bzw. dessen Arm 21. In Verlängerung des Ankers 4 ist ein Stift 41 vorgesehen, der im Auslösezustand des Magnetsystems in Fig. 4 nach rechts aus dem Magnetsystem vorstehen kann, um eine zugeordnete Auslöseklinke oder dergleichen zu betätigen.

Anhand der Fig. 4 soll nun die Funktionsweise des vorliegenden Magnetsystems näher erläutert werden. In dem in Fig. 4 gezeigten Nichtauslösezustand ist der Anker 4 in Anlage mit dem Bügel 2 bzw. dessen Arm 21. Steigt nun der Strom durch die Spule 3 im Falle eines Kurzschlusses übermäßig an, wird in der Spule ein Magnetfeld erzeugt, dessen Kraftlinien im wesentlichen dem Tragkörper 1 folgend verlaufen. Durch die Anordnung des Bügels laufen die Kraftlinien nun nicht über einen Luftspalt durch den Anker, sondern zunächst durch den Bügel 2 und den Anker. Dadurch wird der Anker 4 von dem Bügel 2 zunächst mit einer Kraft angezogen, die größer ist als die durch die Spule erzeugte Magnetkraft über den Luftspalt, die bestrebt ist, den Anker 4 in das Innere der Spule 3 zu ziehen, d. h. nach rechts in Fig. 4. Wird der Strom durch die Spule nun weiter erhöht, so beginnen zusätzliche Kraftlinien des erhöhten Magnetfelds über den Luftspalt zwischen dem Tragkörper 1 und dem Bügel 2 in den Anker 4 zu fließen, wodurch die auf den Anker ausgeübte Auslösekraft zunimmt. Der Verlauf dieser Kraftlinien. stellt sich ein, weil das magnetische Material des Bügels 2 in seine magnetische Sättigung gelangt, d. h. die magnetische Verstärkungswirkung durch den Bügel 2 läßt im Verhältnis zu dem weiter steigenden Magnetfeld der Spule nach. Bei Erreichen einer bestimmten Stromstärke ist die Magnetkraft der Spule 3 auf den Anker 4 größer als die Haltekraft zwischen dem Bügel 2 und dem Anker 4.

In diesem Moment wird der Anker 4 von dem Bügel 2 abgezogen und bewegt sich gegen die Kraft der Feder 42 in Fig. 4 nach rechts, wodurch der Auslösestift 41 nach rechts aus dem Magnetsystem gemäß Fig. 4 ausgefahren wird.

Es ist also aus der vorhergehenden Beschreibung deutlich, daß die Stärke des Einschaltstromes durch die Wahl des Materials und der Abmessungen des Bügels 2 beeinflußt werden kann. Mit anderen Worten, durch einen zusätzlichen Bügel wird der Stromwert des Einschaltstromes, der für die Auslösung erforderlich ist, erhöht. Die Nennstromstärke des Schutzschalters wird durch den Bügel nicht erhöht.

Dies bedeutet, daß ein für verschiedene Auslösecharakteristiken gleiches Magnetsystem verwendet werden kann, bei dem lediglich der Bügel eine Anpassung an die Auslösecharakteristik erfahren muß. Folglich kann das Magnetsystem für gleiche Nennstromstärken und unterschiedliche Auslösecharakteristiken gleich aufgebaut sein, so daß sich die Möglichkeit bietet, dieses Magnetsystem in großen Stückzahlen immer gleich zu fertigen und das Magnetsystem erst später durch Aufsetzen eines passenden Bügels an die jeweilige Auslösecharakteristik anzupassen.

Der zuvor beschriebene Effekt kann auch auf andere Weise genutzt werden, d. h. es kann beispielsweise eine Spule mit mehr Windungen für die gleiche Auslösecharakteristik verwendet werden, wenn ein Bügel verwendet wird. Der Vorteil, der sich dadurch ergibt, ist darin zu sehen, daß die Kurzschlußleistung, d. h. die Kraft mit der der Anker 4 bewegt werden kann, erhöht werden kann, ohne die Charakteristik zu verändern.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wie deutlich in den Fig. 1 bis 3 zu erkennen ist, der Bügel in einer Richtung angeordnet, die senkrecht zur Ringhauptebene des ringförmigen Tragkörpers 1 verläuft. Der Bügel ist mit seinen beiden Enden 22, 23 an dem Tragkörper 1 befestigt. Die Befestigung kann durch eine Vielzahl herkömmlicher Verbindungsverfahren erfolgen, insbesondere sind Verschweißen, Vernieten, Kleben oder Verstemmen übliche Verfahren, die eine nahezu spaltfreie oder spaltfreie Anlage des Bügels 2 an dem Tragkörper 1 ermöglichen. Nachdem der magnetische Fluß von der Spaltweite abhängig ist, ist eine feste Verbindung beispielsweise des Arms 21 mit dem Tragkörper 1 nicht zwingend erforderlich, eine Anlage oder ein sehr geringer Luftspalt können ausreichend sein. Als ein Material für den Bügel bieten sich ferromagnetische Materialien, die Eisen, Kobalt und/oder Nickel enthalten, besonders an. Wie sich aus dem Vorhergehenden ergibt, können also nicht nur die Form des Bügels, sondern auch seine Dicke, d. h. die Masse des Bügels variiert werden, um die Auslösecharakteristik des Magnetsystems auf gewünschte Weise zu beeinflussen.

Im Ausführungsbeispiel wurde das magnetische System eines Leitungsschutzschalters beschrieben. Die Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt. Vielmehr kann die Erfindung bei jeder Art von Schutzschaltern zum Einsatz kommen, die ein magnetisches System aufweisen.

Es ist ein Magnetsystem insbesondere für einen Leitungsschutzschalter beschrieben, das einen Tragkörper 1, der eine Spule umgibt, und einen der Spule zugeordneten Anker 4 hat, der unter der Magnetkraft der Spule bewegbar ist, um den Leitungsschutzschalter auszulösen. Der Tragkörper 1 ist mit einem an seinen beiden Enden mit dem Tragkörper verbundenen Bügel 2 versehen, mit dem der Anker 4 im Nichtauslösezustand in Anlage ist. Mit der Zunahme eines die Spule 3 durchfließenden Stroms steigt das durch die Spule erzeugte Magnetfeld an, und nach Überschreiten der magnetischen Sättigung des Bügels 2 wird der Anlagekontakt zwischen Bügel 2 und Anker 4 gelöst und der Anker der Magnetkraft der Spule folgend in den Auslösezustand verlagert.

Claims (6)

1. Magnetsystem für einen Schutzschalter, mit einem magnetischen Tragkörper (1) zur Aufnahme eines zum Auslösen des Leitungsschutzschalters gegen eine Federkraft verlagerbaren Ankers (4) aus einem magnetischen Material, der einer Spule (3) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Nichtauslösezustand ein Ende des Ankers (4) gegen die Verlagerungsrichtung aus dem Tragkörper (1) vorsteht und mit der dem Tragkörper (1) zugewandten Seite eines an beiden Enden (22, 23) an dem Tragkörper (1) befestigten Bügels (2) aus magnetischen Material in Anlage ist, der den Anker (4) nach Erreichen der magnetischen Sättigung des Bügels (2) zur Verlagerung durch die Spule (3) freigibt.

2. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (1) die Spule (3) und den Anker (4) ringförmig umgibt und der Bügel (2) in einer zur Ringhauptebene senkrechten Richtung verlaufend angeordnet ist.

3. Magnetsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (2) mit einem seitlich von dem Bügel (2) vorstehenden Arm (21) versehen ist.

4. Magnetsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (21) mit dem Tragkörper (1) in Anlage ist.

5. Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (2) aus Eisen ist.

6. Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (2) an seinen beiden Enden (22, 23) mit dem Tragkörper (1) verschweißt ist.