Elektromagnetischer Auslöser

Abstract

 Die Vorrichtung zum Rückzug eines entlang seiner Längsachse (L) in einer Spule (20) verschiebbaren Ankers (22) in einem elektromagnetischen Auslöser (18), insbesondere eines Lei­tungsschutzschalters umfasst eine einends festgelegte Blattfeder (40), einen diese Feder in Richtung der Aus­schaltbewegung des Ankers (22) abstützenden Quersteg (50) und eine aus dem Umfang des Ankers ausgesparte Nut (42), in welche die Blattfeder andernends formschlüssig eingreift.
Die Blattfeder (40) ist als im peripheren Bereich des mag­netischen Auslösers festgelegtes, einstellbares Federpaket ausgebildet. Dieses Paket besteht aus wenigstens zwei, ins­besondere drei blattförmigen Federelementen (52,54,56) gleicher und/oder unterschiedlicher Spannkraft.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Rückzug eines entlang seiner Längsachse in einer Spule verschieb­baren Ankers in einem elektromagnetischen Auslöser, insbe­sondere eines Leitungsschutzschalters, welche Vorrichtung eine einends festgelegte Blattfeder, einen diese Feder in Richtung der Anzugsbewegung des Ankers abstützenden Quer­steg und eine aus dem Umfang des Ankers ausgesparte Nut, in welche die Blattfeder andernends eingreift, umfasst.

[0002] Konventionelle Leitungsschutzschalter haben je einen elek­tromagnetischen und einen thermischen Auslöser, wobei der letztere hier nicht von Interesse ist. Bei einem Kurz­schluss wird der Anker in Bruchteilen einer Millisekunde in bekannter Weise in eine Spule gezogen. Diese Bewegung in der Achsenlängsrichtung wird mittels eines mechanischen Uebertragungsorgans auf eine Klinke übertragen, was deren Entriegelung bewirkt. Mechanische Kräfte werden dadurch frei und unterbrechen den elektrischen Kontakt. Dies wie­derum hat zur Folge, dass der Anker nicht mehr angezogen wird. Der Anker kann vom Rückzugsorgan, üblicherweise eine Feder, in die Ausgangsstellung zurückgezogen werden.

[0003] Ein in Leitungsschutzschaltern verwendeter elektromagne­tischer Auslöser ist in der CH-PS 481 479 beschrieben, eine besonders vorteilhafte Variante eines solchen Auslösers wird im schweizerischen Patentgesuch Nr. 2 423/86 erläu­tert.

[0004] Für andere Zwecke verwendete elektromagnetische Auslöser erfüllen dieselben Bedingungen. Falls die elektromagneti­sche Kraft der Spule grösser ist als die Spannkraft des Rückzugsorgans wird der Anker in die Spule gezogen. Sobald die elektromagnetische Kraft, mit welcher der Anker in die Spule gezogen wird, kleiner als die Federkraft ist, wird der Anker herausgezogen. Damit die vorgeschriebenen oder in der Praxis bewährten Ansprechwerte für den Anzug des Ankers justiert werden können, muss wenigstens einer der folgenden Parameter eingestellt werden können:
- Ankerluftspalt, je grösser dieser Luftspalt ist, desto später wird der Anker eingezogen,
- Ankerrückzugskraft, je grösser diese Kraft ist, desto später wird der Anker eingezogen,
- Spulenwindungszahl, je geringer die Spulenwindungszahl ist, desto später wird der Anker eingezogen.

[0005] Weder der unterschiedliche Ankerluftspalt noch die Variati­on der Spulenwindungszahl konnte bisher vollauf befriedi­gen.

[0006] Für die Variation der Ankerrückzugskraft sind mehrere Lö­sungen bekannt, welche nachfolgend summarisch aufgeführt werden:
- Eine Druckfeder ist über einer Einstellmutter spannbar,
- eine Torsionsfeder ist über einen Einstellwinkel mit einer Schraube spannbar,
- eine Torsionsfeder ist über einen Kamm, durch Einstecken in einer bestimmten Position, unterschiedlich spannbar.

[0007] Nicht einstellbare Systeme bedingen enge Toleranzen und eine Vielzahl unterschiedlicher Federn und haben wenig Flexibilität.

[0008] Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrich­tung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche feiner einstellbar ist, aber dennoch wirtschaftlich hergestellt und einfach betrieben werden kann.

[0009] Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Blattfeder als im peripheren Bereich des magnetischen Aus­ lösers festgelegtes, einstellbares Federpaket ausgebildet ist, welches aus wenigstens zwei blattförmigen Federelemen­ten gleicher und/oder unterschiedlicher Spannkraft besteht.

[0010] Vorzugsweise liegt das vom Anker abgewandte Ende der Blatt­feder in einem grobnutigen Kamm auf. Durch Anordnung in der zweckmässigen Nut erfolgt die Grobjustierung.

[0011] In der Praxis hat es sich erwiesen, dass meist zwei Nuten genügen; durch Variation der Federelemente kann die Fein­einstufung mit hinreichenden Möglichkeiten erfolgen.

[0012] Die Nuten zur Aufnahme der Blattfeder, welche in an sich bekannter Weise, zweckmässig auf einem Kamm, am Gehäuse befestigt sind, weisen wie bereits erwähnt bevorzugt eine grosse lichte Weite auf, was mit "grobnutig" bezeichnet wird. So können die Gräte auf den Duroplast-Pressstücken mit in Druckluft eingeblasenen Kunststoffkugeln entfernt werden, ohne dass diese in den Nuten hängen bleiben. Der Kugeldurchmesser ist also zweckmässig wenig kleiner als die erwähnte lichte Weite der Nuten des Kamms, welche bei­spielsweise etwa 1,5 bis 2,5 mm beträgt. Die sich abnützen­den Kugeln haben bevorzugt einen Durchmesser von 1,0-1,5mm.

[0013] Die Federelemente der Blattfeder sind zweckdienlich drei unterschiedlich dicke, mit demselben Werkzeug hergestellte Bänder aus Federstahl, welche zu beliebigen Kombinationen zusammengesetzt werden können. In zwei kammartigen Nuten im Gehäuse ist schon mit drei unterschiedlich dicken Federele­menten eine grosse Zahl von fein abgestimmte Stufen für die Ankerrückzugkraft erreichbar. Besonders bemerkenswert ist, dass mit lediglich drei Federelementen eine derart grosse Anwendungsvielfalt besteht.

[0014] Weiter bestehen folgende Möglichkeiten zum Erhalten von Fe­derelementen mit unterschiedlicher Spannkraft:
- Alle Federelemente der Blattfeder sind gleich dick, be­stehen aber aus anderem Material. So müssen beispielswei­se Federelemente aus Federbronce doppelt so dick sein wie aus Federstahl, damit sie die gleiche Spannkraft entwik­keln.
- Die Federelemente der Blattfedern haben die gleiche Dicke und bestehen aus dem gleichen Material. Sie sind jedoch unterschiedlich thermisch behandelt worden und beinhalten so eine unterschiedliche Spannkraft.

[0015] Im Normalbetrieb mit dem Nennstrom (I_n) ist die auf den Anker ausgeübte elektromagnetische Anziehungskraft viel kleiner als die Rückzugskraft der Blattfeder, der Anker liegt einem Anschlag auf. Je nach dem zu schützenden Gerät muss der Anker angezogen werden, wenn ein festgelegter Grenzwert für den Ueberstrom erreicht wird.

[0016] Die international festgelegten Normwerte, Vielfache des Nennstroms (I_n) haben einen unteren Grenzwert, bei welchem der Anker noch auf dem Anschlag liegt, und einen oberen Grenzwert, bei welchem der Anker ansprechen muss. Beispiele für solche Bereiche sind, je nach angestrebtem Schutz: (3,5 - 5) × I_n, (7 - 12) × I_n und (15 - 20) × I_n. Falls der Nennstrom I_n z.B. 10 A beträgt, muss im ersten Fall bei einem Strom von 35 A der Anker noch auf dem Anschlag lie­gen, spätestens bei 50 A dagegen muss der Anker ansprechen und angezogen werden.

[0017] Trotz mancher zur Verfügung stehender Materialien werden in der Regel Federelemente aus gehärtetem Stahlband verwendet, weil diese bei gegebener Dicke die grösste Spannkraft ent­wickeln, was bei engen Platzverhältnissen von Bedeutung ist. Die Federelemente sind derart ausgelegt, dass durch die Verschiebung des Ankers in seiner Längsrichtung der elastische Bereich der Blattfeder nie verlassen wird.

[0018] Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:

- Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht eines elektromagnetisch und thermisch ansprechenden Auslösesystems in einem Gehäuse eines Leitungs­schutzschalters, und

- Fig. 2-5 vertikale Teilschnitte durch Blattfedern aus drei Federelementen.

[0019] Der in Fig. 1 dargestellte elektromagnetische Auslöser für Leitungsschutzschalter entspricht im wesentlichen dem Ge­genstand des schweizerischen Patentgesuchs Nr. 2 423/86. Der Leitungsschutzschalter ist eingeschaltet, der normale Nennstrom fliesst zum Verbraucher.

[0020] Der Stromfluss erfolgt je über einen Anschluss 10 und eine Verbindungslitze 12. Ein Bimetallstreifen 14, der starr am Jochblech 16 des magnetischen Auslösers 18 befestigt ist, bildet das thermische Auslösesystem. Der Auslöser umfasst als weitere wesentliche Teile eine Spule 20, einen entlang seiner Achse L beschränkt verschiebbaren Anker 22 und einen in dieser Achse liegenden Auslösestift 24. Im Normalbetrieb liegt der Anker 22 auf einem Anschlag 23 auf.

[0021] Bei der Betätigung durch den Bimetallstreifen 14 wirkt der Auslösestift 24 auf eine schwenkbare Klinke 26 ein, welche den Klinkenhebel 28 ohne Bewegung des Ankers 22 entriegelt.

[0022] Beim Auftreten eines Ueberstroms, der oberhalb des betref­fenden Ansprechwerts liegt, wird der Anker 22 schlagartig angezogen und nimmt Auslösestift 24, welcher auch vom Bimetallstreifen 14 betätigbar ist, mit. Dadurch wird
- der wie der Klinkenhebel 28 schwenkbare Kontaktbügel 30 freigegeben und durch die am Gehäuse 32 befestigte Spi­ralfeder 34 vom Festkontakt 36 weggezogen. Der Strom­durchfluss ist unterbrochen.
- Weiter schwenkt der mit einer nicht dargestellten Torsi­ onsfeder gespannte, ebenfalls am Gehäuse 32 befestigte Schalthebel 38 im Uhrzeigersinn in die "Aus"- Stellung und lässt dabei den Klinkenhebel 28 wieder einschnappen. So kann der schwenkbare Kontaktbügel 30 mittels des Schalthebels 38 durch manuelles Umschalten auf die "Ein"-­Stellung wieder an den Festkontakt 36 gezogen werden. Der Strom fliesst wieder.

[0023] Sofort nach einem Stromunterbruch zieht die durch den Ein­zug unter erhöhter Spannung stehende, mehrschichtige Blatt­feder 40, welche über eine ringförmige Nut 42 in form­schlüssigem Eingriff mit dem Anker 22 steht, den Anker aus der Spule.

[0024] Das vom Anker 22 abgewandte Ende der Blattfeder 40 stützt in einer etwa 2 mm breiten Nut 44 eines Kamms 46, der am Gehäuse 32 befestigt oder einteilig damit ausgebildet ist, auf einer Abstützfläche 48 ab. Mittels einer zweiten Ab­stützfläche 48 kann der Wirkungsbereich der Blattfeder grob verstellt werden.

[0025] Die Blattfeder 40 liegt weiter auf einem etwa auf halber Höhe angeordneten Quersteg 50 auf, welcher am Jochblech 16 befestigt ist.

[0026] Der Aufbau von Blattfedern 40 wird anhand der in den Fig. 2 - 5 dargestellten Ausführungsbeispielen gezeigt.

[0027] Die in Fig. 2 teilweise dargestellte Blattfeder 40 besteht aus drei dünnen Federelementen 52, die in Fig. 3 darge­stellte Blattfeder 40 aus einem dünnen Federelement 52, einem mittleren Federelement 54 und einem dicken Federele­ment 56. Bei der in Fig. 4 teilweise dargestellten Blattfe­der ist ein dickes Federelement 56 von zwei dünnen Feder­elementen 52 flankiert, gemäss Fig. 5 schliessen zwei dicke Federelemente 56 ein mittleres Federelement 54 ein.

[0028] Alle Beispiele nach den Fig. 2 - 5 haben Federelemente aus gehärtetem Federstahl und sind mit demselben Werkzeug her­gestellt. Die dünnen Federelemente 52 sind 0,2 mm, die mittleren 0,25 mm und die dicken 0,3 mm dick. Offensicht­lich ist die Spannkraft der Spannfeder gemäss Fig. 2 am ge­ringsten, diejenige von Fig. 5 am grössten. Selbstverständ­lich sind alle weiteren theoretisch möglichen Kombinationen der drei Federelemente 52, 54 und 56 sowie von zwei davon zur Herstellung einer Blattfeder 40 anwendbar. Mit nur drei verschiedenen Federelementen kann also eine beträchtliche Zahl von feinstufigen Kombinationen erreicht werden.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Rückzug eines entlang seiner Längsachse (L) in einer Spule (20) verschiebbaren Ankers (22) in einem elektromagnetischen Auslöser (18), insbesondere eines Leitungsschutzschalters, welche Vorrichtung eine einends festgelegte Blattfeder (40), einen diese Feder in Richtung der Ausschaltbewegung des Ankers (22) ab­stützenden Quersteg (50) und eine aus dem Umfang des An­kers ausgesparte Nut (42), in welche die Blattfeder an­dernends eingreift, umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Blattfeder (40) als im peripheren Bereich des magne­tischen Auslösers festgelegtes, einstellbares Federpaket ausgebildet ist, welches aus wenigstens zwei blattförmi­gen Federelementen (52,54,56) gleicher und/oder unter­schiedlicher Spannkraft besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (40) am vom Anker (22) abgewandten Ende an einer Anschlagfläche (48) in einem grobnutigen Kamm (46) aufliegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kamm (46) Nut/en (44) mit einer lichten Weite hat, die vorzugsweise grösser ist als der Durchmesser der zum Entgraten der Duroplastpressstücke verwendeten Kunststoffkugeln.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lichte Weite der Nut/en (44) 1,5 bis 2,5 mm be­trägt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Blattfeder (40) aus Federelemen­ten (52,54,56) aus gleichem, thermisch gleich behandel­tem Material besteht, wobei eine unterschiedliche Spann­kraft der Federelemente ausschliesslich auf deren unter­schiedlicher Dicke basiert.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch ge­kennzeichnet, dass die Blattfeder (40) aus Federelemen­ten (52,54,56) der gleichen Dicke besteht, wobei eine unterschiedliche Spannkraft der Federelemente auf deren Zusammensetzung aus verschiedenen Materialien basiert.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch ge­kennzeichnet, dass die Blattfeder (40) aus Federelemen­ten (52,54,56) der gleichen Dicke und des gleichen Mate­rials besteht, wobei eine unterschiedliche Spannkraft der Federelemente auf deren unterschiedlicher thermi­schen Behandlung basiert.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch ge­kennzeichnet, dass Dicke und Material, Dicke und thermi­sche Behandlung, Material und thermische Behandlung, oder Dicke, Material und thermische Behandlung der Fe­derelemente (52,54,56) der Blattfeder (40) unterschied­lich sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, 7 oder 8, dadurch gekenn­zeichnet, dass die Federelemente (52,54,56) der Blattfe­der (40) aus Federstahl und/oder Federbronce bestehen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Federstahl rostfrei ist.

Zeichnung