Elektromagnetischer Auslöser eines Niederspannungs-Schaltgerätes

Abstract

 Der für die Herstellung der Spulen von elektromagnetischen Auslösers erforderliche Aufwand soll verringert werden.
Die Spule (30) eines elektromagnetischen Auslöseres (8) besteht aus einem biegsamen, mehradrigen Leiter (Litze 41), die aufgrund ihrer Biegsamkeit von Hand oder mittels eines Mani­pulators verarbeitet werden kann. Damit entfällt das Erforder­nis der Benutzung von Wickelmaschinen. Ferner können mit den Enden eines Spulenleiters bereits vor dem Aufwickeln der Spule (30) weiterführende Bauteile (10, 12) der Strombahn eines Schaltgerätes (1) verbunden werden. Durch einen Hüllkörper werden elektrodynamische Kräfte aufgefangen, die durch Kurz­schlußströme entstehen und die Spule elektrodynamisch beanspruchen.
Niederspannungs-Leistungsschalter in kompakter Bauart (MCCB)

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Auslöser eines Niederspannungs-Schaltgerätes mit einem magnetisierbaren Kern und einer diesen mit wenigstens einer Windung umschließenden Spule als Bestandteil der Strombahn des Schaltgerätes.

[0002] Elektromagnetische Auslöser dieser Art sind in einer Reihe unterschiedlicher Ausführungsformen bekannt. Die Ausgestaltung ihrer durch den Leiter gebildeten Wicklung hängt dabei von dem Nennstrom und dem hiermit in Beziehung stehenden Kurzschluß­strom ab, bei dem die Auslösung des Schaltgerätes erfolgen soll. Es hat sich erwiesen, daß die elektromagnetischen Auslöser für Schaltgeräte mit höherem Nennstrom oftmals eine einfachere Gestaltung aufweisen können als die Auslöser für Schaltgeräte mit niedrigem Nennstrom. Dies hängt damit zusammen, daß es bei ausreichend hohem Strom genügt, einen gestreckten Leiter mit einem beispielsweisem U-förmig gestalteten Eisenjoch zu ver­sehen, um mittels eines den Polflächen des Joches gegenüber­stehenden Klappanker eine zur Lösung der mechanischen Ver­klinkung des Schaltgerätes ausreichende Kraft zu gewinnen. Bei einem niedrigen Kurzschlußstrom ist es dagegen erforderlich, in die Strombahnen des Schaltgerätes Spulen mit mehreren Windungen einzufügen, um die gleiche oder ähnlich große Kraft zur Aus­lösung zu erzeugen.

[0003] Es ist üblich, Spulen für die elektromagnetischen Auslöser der vorstehend erläuterten Art als gesonderte Bauteile herzustellen, die dann beim Zusammenbau des Schaltgerätes als Baugruppe montiert werden. Zur Herstellung der Spulen wird lackierter oder blanker Profildraht mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt benutzt, wie dies beispielsweise der US-A-3 402 377, US-A-4 584 545, EP-A-0 208 176 und der DE-A-28 27 677 zu ent­ nehmen ist. Die Herstellung solcher Spulen erfolgt auf Wickel­maschinen, wie man sie auch für andere Spulen der Elektrotechnik einsetzt.

[0004] Der Erfindung liegt die Ausfgabe zugrunde, den elektromagne­tischen Auslöser soweit zu vereinfachen, daß die Anwendung einer Wickelmaschine entbehrlich ist.

[0005] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Leiter ein mehrdrähtiger isolierter Leiter ist und daß die Windungen in einem eine radiale Abstützung bildenden Hüllkörper angeordnet sind.

[0006] Solche im allgemeinen als Litze bezeichneten Leiter haben die Eigenschaft einer geringen Biegesteifigkeit und lassen sich daher sowohl von Hand als auch maschinell zur Bildung einer spule um einen Kern oder Spulenkörper mit geringem Kraftauf­wand herumlegen. Eine solche, aus einem flexiblen Leiter ge­bildete Spule wird im allgemeinen, sofern nicht eine nennens­werte Vorspannung beim Wickeln angewandt wird, eine geringere mechanische Festigkeit gegenüber der aufgrund von Kurschluß­strömen zu erwartenden elektrodynamischen Beanspruchung auf­weisen. Durch den Hüllkörper können die auftretenden, radial nach außen wirkenden Kräfte jedoch auf einfache Weise abge­fangen werden. Damit ist sichergestellt, daß weder die Spule selbst noch angrenzende Bauteile des Schaltgerätes beschädigt werden können.

[0007] Der Hüllkörper kann durch eine Ausnehmung eines Trägers des Auslösers des Schaltgerätes gebildet sein. Die radiale Ab­stützung entsteht in diesem Fall durch das Einsetzen der Spule in die Ausnehmung.

[0008] Ferner kann der Hüllkörper als gesondertes Schutzrohr ausge­bildet sein. Diese Ausführungsform ist besonders für den Fall geeignet, daß der Elektromagnet des Auslösers als vormontierte Baugruppe in ein Schaltgerät eingebaut werden soll.

[0009] Die erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dar­gestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

[0010] Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen Niederspannungs-­Leistungsschalter in Kompaktbauart (MCCB) mit einem elektro­magnetischen Auslöser.

[0011] Die Figuren 2 und 3 zeigen Beispiele für Spulen, die zur Ver­wendung in elektromagnetischen Auslösern vorgesehen sind.

[0012] Die Figur 4 zeigt als Einzelheit einen Schnitt durch einen Leiter, der zur Bildung der Spule eines Elektromagneten vorge­sehen ist.

[0013] In der Schnittdarstellung gemäß der Figur 1 sind als Bestand­teil eines Niederspannungs-Leistungsschalters 1 ein Gehäuse­unterteil 2 und ein Gehäuseoberteil 3 gezeigt. Das Gehäuse­unterteil 2 enthält die Strombahn des Leistungsschalter 1, die ausgehend von einer Anschlußvorrichtung 4 folgende Teile um­faßt:
Feststehendes Schaltstück 5, bewegbarer Schalthebel 6, bieg­sames Stromband 7, Klemmstück 10, Elektromagnet 11, Anschluß­winkel 12 und Anschlußvorrichtung 13. Der Elektromagnet 11 ist wesentlicher Bestandteil eines als Ganzes mit 8 bezeichneten Auslösers.

[0014] Der Elektromagnet 11 wirkt mit einem Klappanker 14 zusammen, der schneidenartig in einer Vertiefung 15 schwenkbar gelagert ist und an seinem freien Ende mit einer Auslösewelle 16 zu­sammenwirkt. Die Auslösewelle 16 beeinflußt in bekannter Weise die Verklinkung eines Schaltschlosses, das zur Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung in der Figur 1 fortgelassen ist. Verklinkbare Schaltschlösse sind in zahlreichen Aus­führungen bekannt, so daß im vorliegenden Zusammenhang davon abgesehen werden kann, Einzelheiten eines solchen Schalt­schlosses darzustellen und zu erläutern.

[0015] Im folgenden werden Einzelheiten des Elektromagneten 11 und seiner Anordnung in dem Leistungsschalter 1 erläutert.

[0016] Wie die Figur 1 zeigt, besitzt der Elektromagnet 11 einen U-förmigen Eisenkern 20 mit Polflächen 21, mit denen der Klapp­anker 14 zusammenwirkt. Auf dem Eisenkern 20 befindet sich eine Spule 22, die aus mehreren Windungen einer isolierten Litzen­leitung gebildet ist. Zwischen den Windungen der Spule 22 und dem Eisenkern 20 kann eine zusätzliche Kernisolierung 23 vorgesehen sein.

[0017] Die Spule 22 ist dadurch gebildet, daß ein Abschnitt eines biegsamen, isolierten Leiters geeigneter Länge unmittelbar, d. h. von Hand oder mittels eines entsprechenden Manipulators oder Roboters, um den Eisenkern 20 herumgelegt wird. Dieser Vorgang ist ohne eine sonst übliche Wickelmaschine einfach ausführbar, weil die Litzenleitung nur eine geringe Biege­steifigkeit besitzt und somit die Windungen dicht an dem Eisenkern 20 anliegend und aufeinanderfolgend aufgebracht werden können. Hierbei ist es wesentlich, daß auch die an­schließenden Teile der Strombahn des Leistungsschalters 1 be­reits mit dem Litzenleiter in Verbindung stehen können. In dem gezeigten Beispiel kann daher bei der Herstellung der Spule 22 von einer Baugruppe ausgegangen werden, die einen Litzenleiter geeigneter Länge und mit diesem an den Enden ver­bundene weitere Teile umfaßt, insbesondere das Klemmstück 10 und den Anschlußwinkel 12.

[0018] Eine ausreichende Festigkeit gegenüber der elektrodynamischen Beanspruchung durch Kurzschlußströme erhält der Elektromagnet 11 durch seinen Einbau in eine passende Ausnehmung 25 eines Isolierkörpers 26, der als Träger des elektromagnetischen Auslösers des Leistungsschalters 1 ausgebildet ist. Der Träger 26 läßt sich als Block in dem Gehäuseunterteil 2 montieren. Es ist aber auch möglich, den Leistungsschalter 1 so auszugestalten, daß die Ausnehmung 25 in dem Gehäuseunterteil 2 selbst vorgesehen ist. Auf der dem Klappanker 14 zugewandten Seite ist die Ausnehmung 25 durch ein Verschlußstück 27 abge­schlossen, damit auch hier ein guter Schutz gegen eine Be­schädigung der Spule 22 gewährleistet ist.

[0019] Die in der Figur 2 gezeigte Spule 30 besteht gleichfalls aus einem isolierten, biegsamen Litzenleiter, der auf einen Spulen­körper 31 aufgewickelt ist. Eine zentrale Öffnung 32 des Spulenkörpers 31 dient zur Aufnahme eines Eisenkernes. Die Spule 30 wird in radialer Richtung durch einen im Durchmesser angepaßten Hüllkörper in Gestalt eines Rohrabschnittes 33 ab­gestützt. Durch einen Pfeil 34 ist in der Figur 2 die Richtung angedeutet, in welcher der Rohrabschnitt 33 über die Spule 30 geschoben wird. Für den Durchtritt der Enden der Spule 30 ist der Rohrabschnitt 33 an seiner vorderen Stirnseite mit einer Ausnehmung 35 versehen. Der Rohrabschnitt 33 kann beispiels­weise aus einem Isoliermaterial bestehen. Nach dem Einfügen eines Eisenkernes in die Öffnung 32 des Spulenkörpers 31 und dem Anbringen von Polschuhen entsteht damit ein Elektromagnet, der in gleicher Weise wie der in der Figur 1 gezeigte Elek­tromagnet 11 mit einem Klappanker zusammenwirken kann. Wird dagegen anstelle eines aus Isolierwerkstoff bestehenden Rohr­abschnittes 33 ein solcher aus magnetisierbarem Werkstoff, insbesondere einem weichmagnetischem Eisenblech gewählt, so kann, gleichfalls nach dem Einfügen eines Eisenkernes in die Öffnung 32, das eine Ende dieses Eisenkernes in Verbindung mit einer Stirnfläche des Rohrabschnittes 33 als Polfläche benutzt werden. Diese Anordnung eignet sich für lineare Auslösebe­wegungen. Ferner kann die Spule 30 mit einem als Tauchanker dienenden bewegbaren Eisenkern versehen werden, um eine Auslösebewegung für ein Schaltgerät zu erzeugen.

[0020] Da es die Biegsamkeit eines isolierten Litzenleiters gestattet, auch von der Kreiszylinderform eines Wickelkernes abweichende Querschnitte dicht anliegend und fest ohne Zuhilfenahme einer Wickelmaschine zu bewickeln, können auf diese Weise auch Elektromagnete mit einer rechteckigen oder quadratischen Bau­form hergestellt werden. Ein Beispiel hierfür zeigt die Figur 3, bei dem zur Abstützung einer entsprechend geformten Spule ein Rohrabschnitt 36 mit quadratischem Querschnitt gewählt ist.

[0021] An einem Ende dieses Rohrabschnittes befindet sich ein steg­artiger Ansatz 37 mit Befestigungslöchern 40. Auch eine solche Spule ist zur Bildung eines elektromagnetishen Auslösers vor­teilhaft einsetzbar.

[0022] In der Figur 4 ist ein kurzer Abschnitt eines mehrdrähtigen isolierten Leiters gezeigt, wie er für die Zwecke der Erfindung geeignet ist. Der Leiter 41 weist eine Anzahl dünner Kupfer­drähte 42 auf, wie sie zur Herstellung der erforderlichen Leiterquerschnittes benötigt werden. Hierdurch ist trotz eines beträchtlichen Gesamtquerschnittes eine gute Biegsamkeit ge­währleistet. Ein Isoliermantel 43 umschließt die Leiter 42 und vermag gleichzeitig die Aufgabe einer Kernisolation als auch der Windungsisolation zu erfüllen. Wie bereits erwähnt, kann jedoch eine zusätzliche Kernisolation vorgesehen sein. Für den Isoliermantel 43 eignen sich insbesondere isolierende Kunststoffe mit guter Wärmebeständigkeit, da die Spule des elektromagnetischen Auslösers in einem Niederspannungs-­Leistungsschalter Bestandteil der Strombahn ist und demzufolge mit einer nennenswerten Erwärmung zu rechnen ist. Zur Ver­bindung von Abschnitten der Leitung 41 mit weiterführenden Bauteilen der Strombahn eines Leistungsschalters entsprechend der Figur 1 eignet sich insbesondere das Preßschweißen, bei dem die Wärmeanwendung im wesentlichen auf die Schweißstelle beschränkt bleibt und deshalb eine Beschädigung des Isolier­mantels 43 nicht zu befürchten ist.

Ansprüche

1. Elektromagnetischer Auslöser (8) eines Niederspannungs-­Schaltgerätes (1) mit einem magnetisierbaren Kern (20) und einer diesen mit wenigstens einer Windung umschließenden Spule (22) als Bestandteil der Strombahn des Schaltgerätes (1), dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter ein mehrdrähtiger isolierter Leiter (41) ist und daß die Windungen in einem eine radiale Abstützung bildenden Hüllkörper (26; 33; 36) angeordnet sind.

2. Auslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllkörper durch eine Ausnehmung (25) eines Trägers (26) des Auslösers des Schalt­gerätes (1) gebildet ist.

3. Auslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllkörper als ge­sondertes Schutzrohr (33; 36) ausgebildet ist.

Zeichnung