Magnetauslöser, insbesondere für einen Fehlerstromschutzschalter

Abstract

 Der insbesondere für einen Fehlerstromschutzschalter vorgesehene Magnetauslöser weist einen von einem Permanentmagneten (11) gespeisten magnetischen Kreis mit einem U-förmig ausgebildeten Joch und mit einem von einem vorgespannten Federelement (18) belasteten Anker (5) auf. Im geschlossenen Zustand des magnetischen Kreises überbrückt der Anker (5) die Enden des U. Zum Auslösen wird der magnetische Kreis durch Schwenken des Ankers (5) auf einer Kippkante (23) geöffnet.
Das Federelement (18) weist mindestens eine gewundene Biegefeder (19) auf mit einer in Verlängerung der Kippkante (23) ausgerichteten Windungsachse und mit zwei Schenkeln (24, 25), von denen ein erster (24) feststehend gehalten ist und ein zweiter (25) mit einem axial geführten Abschnitt (26) in einer Halterung des Ankers (5) gelagert ist.
Bei diesem Magnetauslöser werden durch die Verwendung der gewundenen Biegefeder (19) und durch Anordnung der Windungsachse dieser Biegefeder (19) auf der Verlängerung der Kippkante (23) Teile, wie eine zusätzliche Feder oder wie drehbare Lagerhalterungen, eingespart.

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Magnetauslöser, insbesondere für einen Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter), nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein solcher Magnetauslöser weist einen von einem Permanentmagneten gespeisten magnetischen Kreis mit einem U-förmig ausgebildeten Joch und mit einem im geschlossenen Zustand des magnetischen Kreises die Enden des U überbrückenden Klappanker auf. Beim Auftreten einer Auslösegrösse, etwa eines Fehlerstroms, wird in eine auf einen der beiden Schenkel des U gesteckte Auslösespule ein Signal eingespeist. Dieses Signal erzeugt in der Auslösespule einen magnetischen Fluss, welcher den von Permanentmagneten erzeugten magnetischen Dauerfluss am Ort des Ankers schwächt. Der von einer vorgespannten Feder belastete Anker wird bei der Schwächung des magnetischen Dauerflusses vom Joch abgehoben und um eine Lagerachse geschwenkt. Hierbei löst er einen Stössel zur mechanischen Betätigung eines Gerätes aus. Bei einem FI-Schalter wirkt dieser Stössel auf ein Schaltschloss, welcher das Öffnen einer Kontaktanordnung des FI-Schalters veranlasst.

STAND DER TECHNIK

[0002] Die Erfindung nimmt auf einen Stand der Technik von Magnetauslösern für FI-Schalter Bezug, wie er etwa in DE-A1-38 38 444 beschrieben ist. Bei diesem Magnetauslöser ist der Anker am Verbindungssteg einer U-förmig ausgebildeten Blattfeder befestigt, deren Schenkel auf einem Ankerlager gehaltert sind. Beim Auslösen erreicht der durch eine vorgespannte Zugfeder belastete Anker nach sehr kurzem Weg eine Lagerkante des Ankerlagers und kippt dann um diese Lagerkante ab. Dieser Magnetauslöser benötigt neben der die Vorspannkraft erzeugenden Zugfeder zusätzlich eine relativ kompliziert ausgebildete Blattfeder.

[0003] Ein in DE-A1-41 11 092 beschriebener Magnetauslöser weist einen mittels einer Ankerhalterungswelle drehbar gelagerten und mit einer vorgespannten Zugfeder belasteten Anker auf. Die Welle verfügt über einen im Anker verstemmten rechteckigen Dorn und ist in zwei seitlichen Führungen eines Ankerhalters geführt. Dieser Magnetauslöser benötigt neben der vorgespannten Zugfeder zusätzlich die Welle und den den Anker und die Welle kraftschlüssig koppelnden Dorn.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0004] Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetauslöser, insbesondere für einen FI-Schalter, der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher sich durch einfachen Aufbau und eine möglichst geringe Anzahl an Bauteilen auszeichnet.

[0005] Beim Magnetauslöser nach der Erfindung werden durch Verwendung einer gewundenen Biegefeder und durch Anordnung der Windungsachse dieser Biegefeder auf der Verlängerung einer zum Schwenken des Ankers benötigten Kippkante Teile, wie eine zusätzliche Feder oder wie drehbare Lagerhalterungen, eingespart. Durch Einsatz der gewundenen Biegefeder steht Kraft für einen kraftübertragenden Stössel zur Verfügung und kann zugleich die zur Wiederladung des Magnetauslösers nach einem Auslösevorgang benötigte Wiederladeenergie wirkungsvoll gedämpft werden. Vor allem bildet die gewundene Biegefeder jedoch ein Lagerscharnier für den Anker und positioniert den Anker mit Hilfe einer einfachen Halterung zugleich äusserst wirksam. Der Anker kann dann zudem eine einfache Form mit gleichmässig verteilter Masse aufweisen. Hierdurch werden eine gute Erschütterungsfestigkeit und eine gute Einstellbandbreite des Magnetauslösers nach der Erfindung erreicht.

[0006] Da bei einem aus zwei Blechen gefertigten Joch die Kippkante durch einen zur magnetisch isolierenden Beabstandung der beiden Jochbleche sowieso benötigten Bolzen gebildet werden kann, entfällt bei einem mit einem derartigen Joch ausgerüsteten Magnetauslöser ein zusätzliches Bauelement für die Kippkante. Zugleich kann dann durch den Bolzen zwischen den beiden Jochblechen ein definierter Luftspalt eingestellt werden, der die Verwendung eines sonst üblicherweise zwischen den beiden Jochblechen eingesetzten scheibenförmigen Diaphragmas entbehrlich macht.

[0007] Eine zusätzliche Vereinfachung des Magnetauslösers nach der Erfindung wird dadurch erreicht, dass die beiden Jochbleche V-förmig abgewinkelt sind, und dass der Permanentmagnet als Prismatoid mit ebenen Polflächen geformt ist und mit seinen Polflächen jeweils an je einem der beiden Schenkel des V anliegt. Der Permanentmagnet positioniert sich dann nach Einbau in den Magnetauslöser selbsttätig, da er durch die Wirkung des im magnetischen Kreises geführten Dauerflusses an die Schenkel des V gepresst wird. Nicht zu vermeidende Luftspalte zwischen den Polflächen des Magneten und den zugeordneten Gegenflächen des Jochs werden so erheblich reduziert. Daher wird die Einkoppelung des magnetischen Dauerflusses in das Joch wesentlich verbessert. Zugleich wird der unerwünschte magnetische Streufluss äusserst gering gehalten. Eine Fixierung des Permanentmagneten entfällt, da sich der Magnet selbsttätig im V in die richtigen Position bringt. Zudem ist nun die Vorzugsrichtung des Magneten leicht zu erkennen und kann der Magnet isotrop oder anisotrop ausgeführt sein.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

[0008] Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig.1

eine Explosionsdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Magnetauslösers nach der Erfindung,

Fig.2

eine perspektivische Ansicht des Magnetauslösers gemäss Fig.1 nach dem Entfernen eines Teils seines Gehäuses vor einem Auslösevorgang,

Fig.3

eine etwas veränderte perspektivische Ansicht des Magnetauslösers gemäss Fig.2 nach einem Auslösevorgang, und

Fig.4

eine in Richtung der Windungsachse einer gewundenen Biegefeder ausgeführte Ansicht des Magnetauslösers gemäss Fig.2 nach vollständigem Entfernen seines Gehäuses.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0009] In allen Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Teile. Der in Fig.1 in Explosionsdarstellung gezeigte Magnetauslöser weist ein aus einem wannenförmigen Boden 1 und einem Deckel 2 bestehendes Isolierstoffgehäuse auf. Im Deckel 2 ist eine Öffnung 3 vorgesehen, welche der vertikalen Führung eines zylinderförmigen Stössels 4 dient. Der Stössel 4 weist ein verdicktes unteres Ende auf, welches auf einem quaderförmig ausgebildeten Anker 5 eines magnetischen Kreises aufsitzt. Das nach oben gerichtete Ende des Stössels 4 wirkt über ein nicht dargestelltes Schaltschloss auf eine Kontaktanordnung eines nicht dargestellten FI-Schalters.

[0010] Der magnetische Kreis weist ferner ein zwei Bleche 7, 8 enthaltendes, U-förmig ausgebildetes Joch 9 auf. Die beiden Jochbleche sind mit Hilfe eines aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise einer Nickellegierung, bestehenden Bolzens 10 etwa durch Schweissen in einem Abstand von typischerweise 50 bis 100 µm zueinander fixiert. Durch zusätzliche magnetisch nichtleitende Schweiss- Löt- oder Klebstelle kann die mechanische Stabilität des Jochs 9 erhöht werden. Der durch den Abstand gebildete Luftspalt übernimmt die Funktion eines sonst üblicherweise verwendeten, folienförmig ausgebildeten Diaphragmas.

[0011] Die beiden Jochbleche 7, 8 sind jeweils derart abgewinkelt, dass das Joch 9 im Bereich der Abwinkelung V-Form aufweist. Zwischen den beiden Schenkeln des V ist ein als Prismatoid geformter Permanentmagnet 11 mit ebenen Polflächen angeordnet. Die beiden Polfläche liegen jeweils an je einem der beiden Schenkel des V an. Eine solche Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass zum einen der magnetische Dauerfluss besonders gut und ohne wesentliche Streuverluste ins Joch 9 eingekoppelt wird, und dass sich zum anderen der Permanentmagnet 11 selbsttätig und ohne zusätzliche Hilfsmittel in die richtigen Lage positioniert. Der Magnet 11 kann hierbei dreieckige oder trapezförmige Grundfläche aufweisen, wobei die Basis des Dreiecks oder Trapezes nicht notwendigerweise geradlinig, sondern gegebenenfalls auch gekrümmt, beispielsweise kreisbogenförmig ausgebildet sein kann. In jedem Fall sind jedoch die Seitenflächen des Dreiecks bzw. des Trapezes den Polflächen des Magneten zugeordnet.

[0012] Mit dem Bezugszeichen 12 ist ein Zwischenboden aus Isolierstoff bezeichnet. Dieser Zwischenboden weist auf seiner Oberseite zwei zueinander parallel verlaufende Stege 13, 14 auf. Zwischen den beiden Stegen ist eine nicht bezeichnete Öffnung sowie eine ebenfalls nicht bezeichnete Materialaussparung vorgesehen, welcher der Durchführung der Endabschnitte des im Joch 9 enthaltenden U dienen. Auf einem vom Jochblech 7 gebildeten Schenkel 15 des U ist eine von einem elektrischen Signal erregbare Auslösespule 16 gesteckt. Diese Auslösespule wird mit Hilfe von zwei durch den Boden 1 geführten Stromanschlüssen 17 mit elektrischer Leistung versorgt, welche beim Auftreten eines Fehlerstroms in einem Summenstromwandler gebildet wird.

[0013] Mit dem Bezugszeichen 18 ist ein als Doppelfeder ausgeführtes Federelement bezeichnet. Dieses Federelement 18 enthält zwei zylindrische, spiegelsymmetrisch angeordnete Schraubenfedern 19, 20 mit typischerweise jeweils bis zu 10 Windungen. Wie nachfolgend beschrieben ist, wird die Doppelfeder auf Biegung beansprucht. Anstelle der Schraubenfedern können daher auch andere gewundene Biegefedern, etwa Spiralfedern, verwendet werden. Anstelle einer Doppelfeder kann auch eine einfache gewundene Biegefeder als Federelement 18 im Magnetauslöser nach der Erfindung eingesetzt werden. Jede Feder 19 bzw. 20 ist in einer Materialausnehmung 21 bzw. 22 gelagert, welche in den Steg 13 bzw. 14 eingeformt ist. Das Federelement 18 belastet den Anker 5 vor dem Auslösen des Magnetauslösers mit eine Vorspannkraft.

[0014] Wie aus den Figuren 2 und 4 entnommen werden kann, liegt der Anker 5 vor dem Auslösen des Magnetauslösers auf den Enden des U auf und ist der Anker 5 dann durch das Federelement 18 mit einer Vorspannkraft belastet. Der magnetische Kreis ist dann geschlossen und der magnetische Dauerfluss wird von Permanentmagneten 11 beispielsweise über das Jochblech 7, den Schenkel 15 des Blechs 7, den Anker 5 und das Jochblech 8 (Fig.1) zurück zum Permanentmagneten geführt. Beim Auftreten eines Fehlerstroms schwächt das magnetische Feld eines in die Auslösespule 16 eingespeisten Stromsignals das Feld des magnetischen Kreises im Bereich des Ankers 5. Der Anker 5 wird unter Wirkung des Federelements 18 gekippt und führt - wie aus Fig.3 ersichtlich ist - den Stössel nach oben, welcher sodann durch Aufschlagen auf das nicht dargestellte Schaltschloss ein Ausschalten des FI-Schutzschalters bewirkt.

[0015] Aus den Figuren 2 und 4 ist ersichtlich, dass der Anker 5 auf einer vom Bolzen 10 gebildeten Kippkante 23 schwenkbar gelagert ist, und dass zumindest die Windungsachse der gewundenen Biegefeder 19 in Verlängerung der Kippkante 23 ausgerichtet ist. Ferner ist aus diesen Figuren und Fig.3 ersichtlich, dass die gewundene Biegefeder 19 zwei Schenkeln 24, 25 aufweist, von denen der Schenkel 24 feststehend in der Materialausnehmung 21 des Stegs 13 gehalten ist und - wie insbesondere den Figuren 2 und 3 entnommen werden kann - der Schenkel 25 mit einem axial geführten Abschnitt 26 in einer als Nut 27 ausgeführten Halterung des Ankers 5 gelagert ist. In dem aus Fig.2 entnehmbaren Zustand des Magnetauslösers vor dem Auslösen ist die ersichtlich im Gegenuhrzeigersinn aus der Zeichenebene heraus gewundene Biegefeder 19 im Windungssinn gespannt, so dass die Aussenflächen der Windungen auf Zug beansprucht sind und die beiden Schenkel 24 und 25 nach unten drücken. Hierdurch wird der Schenkel 24 auf einer Wand der Materialausnehmung 21 fixiert und wirkt der Schenkel 25 mit einem Drehmoment auf den Anker 5.

[0016] Beim Auslösen wird dann der Anker 5 im Gegenuhrzeigersinn um die Kippkante 23 gekippt und hierbei der Stössel 4 nach oben aus dem Gehäuse geführt bis der aus Fig.3 ersichtliche Zustand des Magnetauslösers erreicht ist. Da die Windungsachse der gewundenen Biegefeder 19 in Verlängerung der Kippkante 23 ausgerichtet ist, und da die gewundene Biegefeder mit ihrem Schenkel 24 in der Materialausnehmung 21 fixiert und der Anker 5 zugleich am axial geführten Abschnitt 26 des Schenkels 24 gehaltert ist, wirkt die gewundene Biegefeder 19 als Lagerscharnier für den Anker 5. Ein unerwünschtes Gleiten des Ankers 5 auf der Kippkante 23 beim Auslösen und beim Wiederladen des Magnetauslösers wird so weitgehend vermieden. Da die gewundene Biegefeder 19 nicht nur der Lagerung und Halterung des Ankers dient, sondern zugleich auch Kraft für den Stössel 4 erzeugt und beim Wiederladen die von aussen mechanisch zugeführte Wiederladeenergie dämpft, können beim Magnetauslöser Teile, wie zusätzliche Federn oder Drehlager, eingespart werden.

[0017] Eine besonders symmetrische und daher kräftefreie Lagerung des Ankers 5 wird dann erreicht, wenn das Federelement 18 statt einer gewundenen Biegefeder die zwei aus Fig.1 ersichtlichen in einer Doppelfeder integrierten gewundenen Biegefedern 19 und 20 aufweist. Diese beiden Federn sind gegenläufig gewunden ausgebildet und spiegelsymmetrisch in den Materialausnehmungen 21, 22 angeordnet. Die axial ausgerichteten Abschnitte der auf den Anker 5 wirkenden Schenkel dieser Federn sind Teil eines aus Fig.3 ersichtlichen und in der Nut 27 gehaltenen Verbindungsstegs 28.

[0018] Eine besonders sichere Lagerung der beiden gewundenen Biegefedern 19, 20 wird erreicht, wenn sie jeweils als zylindrische Schraubenfeder ausgebildet sind und jeweils auf einem axial geführten feststehenden Lagerbolzen gehalten sind. Ein solcher Lagerbolzen kann in den die beiden gewundenen Biegefedern 19, 20 haltenden Zwischenboden 12 eingeformt sein. In Fig.4 ist ein solcher die gewundene Biegefeder 19 lagernder Bolzen mit dem Bezugszeichen 29 bezeichnet.

[0019] Es ist von Vorteil, den Schenkel 25 in Ankernähe anzubringen, da dann sein axial gerichteter Abschnitt 26 kurz ausgebildet ist und zugleich unerwünschte radial und axial wirkende Kräfte von der Feder weitgehend ferngehalten werden. Eine besonders sichere Kraftübertragung der Federn 19, 20 ist dann gewährleistet, wenn die beiden Schenkel der Federn 19, 20 jeweils tangential an deren Windungen anzusetzen. Zugleich lässt sich eine solche Feder besonders einfach fertigen. Für eine sichere Halterung der Federn 19, 20 ist es - wie aus den Figuren 2 bis 4 ersichtlich ist - jedoch von Vorteil, den Schenkel 24 radial an den Windungen anzusetzen.

Bezugszeichenliste

[0020] 

1 Boden

2 Deckel

3 Öffnung

4 Stössel

5 Anker

7, 8 Jochbleche

9 Joch

10 Bolzen

11 Permanentmagnet

12 Zwischenboden

13, 14 Stege

15 Schenkel

16 Auslösespule

17 Stromanschlüsse

18 Federelement

19, 20 gewundene Biegefedern

21, 22 Materialausnehmungen

23 Kippkante

24, 25 Schenkel

26 Abschnitt

27 Nut

28 Verbindungssteg

29 Lagerbolzen

Ansprüche

1. Magnetauslöser, insbesondere für einen Fehlerstromschutzschalter, mit einem von einem Permanentmagneten (11) gespeisten magnetischen Kreis, enthaltend ein U-förmig ausgebildetes Joch (9) und einen im geschlossenen Zustand des magnetischen Kreises die Enden des U überbrückenden und beim Öffnen des magnetischen Kreises auf einer Kippkante (23) schwenkbar gelagerten Anker (5), und mit einem vorgespannten Federelement (18) zur Belastung des Ankers (5) entgegen einer vom Permanentmagneten (11) erzeugten Kraft, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (18) mindestens eine gewundene Biegefeder (19, 20) aufweist mit einer in Verlängerung der Kippkante (23) ausgerichteten Windungsachse und mit zwei Schenkeln (24, 25), von denen ein erster (24) feststehend gehalten ist und ein zweiter (25) mit einem axial geführten Abschnitt (26) in einer Halterung des Ankers (5) gelagert ist.

2. Magnetauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung eine axial erstreckte Nut (27) aufweist.

3. Magnetauslöser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine gewundene Biegefeder (19, 20) als zylindrische Schraubenfeder ausgebildet ist.

4. Magnetauslöser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise zunächst in tangentialer Richtung geführte zweite Schenkel (25) ankerseitig an den Windungen der mindestens einen Schraubenfeder (19, 20) angesetzt ist.

5. Magnetauslöser nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zylindrische Schraubenfeder (19, 20) auf einem axial geführten feststehenden Lagerbolzen (29) gehalten ist.

6. Magnetauslöser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbolzen (29) in einen die mindestens eine zylindrische Schraubenfeder (19, 20) haltenden, feststehenden Zwischenboden (12) eingeformt ist.

7. Magnetauslöser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenboden (12) mindestens eine nutförmige Materialausnehmung (21, 22) aufweist, welche der Aufnahme der Windungen und des ersten Schenkels (24) der mindestens einen zylindrischen Schraubenfeder (19, 20) dient.

8. Magnetauslöser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (18) zwei in axialer Richtung voneinander beabstandete, gewundene Biegefedern (19, 20) mit jeweils einem den axial geführten Abschnitt (26) enthaltenden zweiten Schenkel (25) und jeweils einem ersten Schenkel (24) aufweist.

9. Magnetauslöser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die axial geführten Abschnitte (26) Teil eines in der Halterung des Anker (5) gelagerten Verbindungsstegs (28) sind.

10. Magnetauslöser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippkante (23) von einem zwei magnetisch gegeneinander isolierte Bleche (7, 8) des Jochs (9) mechanisch miteinander verbindenden Bolzen (10) gebildet ist.

11. Magnetauslöser nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit zwei magnetisch gegeneinander isolierten Jochblechen (7, 8), dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Jochbleche V-förmig abgewinkelt ausgeführt sind, und dass der Permanentmagnet (11) als Prismatoid mit ebenen Polflächen geformt ist und mit den Polflächen jeweils an je einem der beiden Schenkel des V anliegt.

Zeichnung