Kurzschlussauslöser mit optimiertem Magnetkreis

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Kurzschlussauslöser (1), insbesondere für einen Leistungsschalter mit einem Anker (2) und einem Pol (3), die innerhalb eines Spulenkörpers (4) angeordnet sind, sowie einem Jochblech (6) und einem Klemmanschluss (7), die um den Spulenkörper (4) herum angeordnet sind.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass gegenüber liegende zum Jochblech (6) am Klemmenanschluss (7) anliegend ein Magnetblech (10) angeordnet ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Kurzschlussauslöser, insbesondere für einen Leistungsschalter mit einem Anker und einem Pol, die innerhalb eines Spulenkörpers angeordnet sind, sowie einem Jochblech und einem Klemmanschluss, die um den Spulenkörper herum angeordnet sind.

[0002] Derartige Kurzschlussauslöser werden in Leistungsschaltern zum Schalten und Schützen von Motoren und anderen Verbrauchern eingesetzt. Diese Kurzschlussauslöser sind als elektromagnetische Auslöser konzipiert, die im Wesentlichen eine Spulenwicklung, einen Spulenkörper, einen Anker, einen Pol, einen Stößel, eine Rückhaltefeder und ein Joch umfassen. Der Anker zieht bei einem bestimmten Bemessungsstrom des Leistungsschalters, zum Beispiel einem zwölffachen Nennstrom beim Motorschutz oder einem neunzehnfachen Nennstrom beim Trafoschutz an. Die Ankerbewegung wirkt dabei auf ein Schaltschloss und auf ein bewegliches Schaltstück, um die Kontakte zu öffnen. Normgemäß darf dabei der Ansprechstrom maximal um +/- 20 % schwanken.

[0003] Bei größeren Einstellbereichen besteht die Schwierigkeit darin, wegen der benötigten größeren Tragquerschnitte, geringeren Windungszahlen, größeren Toleranzen der Spule des Wickeldrahtes und dem damit verbundenen inhomogeneren magnetischen Magnetfeld, die Spulenwicklung zum Luftspalt zwischen Anker und Pol hinreichend genau zu positionieren, damit die Ansprechgrenzen gemäß Norm eingehalten werden können. Außerdem besteht das Problem, die Spulenwicklung in der einmal ermittelten Position zum Luftspalt zu fixieren, damit beim Bemessungsstrom und bei hohem Kurzschlussstrom kein Verschieben der Spulenwicklung in Richtung des Eisenschwerpunkts erfolgt oder sich die Spule zusammenzieht und verformt und dadurch die Ansprechgrenzen anschließend nicht mehr eingehalten werden.

[0004] Bei höheren Schaltleistungen werden die Spulen mit anliegenden Wicklungswindungen hergestellt, um zu verhindern, dass sich bei hohen Kurzschlussströmen die Spule zusammenziehen und verformen kann. Auf Grund der Verwendung einheitlicher Spulenkörper für die jeweilige Baugröße und dessen Auslegung für die geometrisch größte Spulenwicklung, entsteht häufig eine Spalte zwischen Spulenkörperflansch oder Joch und der letzten Windung der Spulenwicklung. Nach der genauen Positionierung der Spulenwicklung zum Luftspalt zwischen Anker und Joch wird zur Fixierung der Spulenwicklung das eine Wicklungsende mit dem Spulenkörperflansch oder Joch verklebt und das andere Wicklungsende mit einem Anschluss verschweißt.

[0005] Bei Leistungsschaltern mit einem hohen Schaltvermögen, beispielsweise bis zu 100 kA bei einem Nennstrom von 80 A, muss der Kurzschlussauslöser angepasst werden. Durch das hohe Schaltvermögen eines 80 A-Gerätes ist der wärmetechnische Haushalt kritisch. Zudem erhöht sich wegen der steigenden Kontaktlast auch der Kraftbedarf am Auslöser. Unter der Voraussetzung, dass der Auslöser nicht mehr Verlustleistung als der heutige 50 A-Auslöser haben darf bei entsprechend gleicher Erregung, muss der Magnetkreis effizienter aufgebaut werden.

[0006] Die heutigen Schaltgeräte verfügen über einen schlechteren Magnetkreis, da das Jochblech gleichzeitig als Bimetallträger ausgebildet ist und aus einem platinierten, vom Material beispielsweise aus einer Paarung aus Eisen und Kupfer gefertigt ist.

[0007] Bisher wurde dieses Problem eines schlechteren Magnetkreises mittels eines platinierten Kupfer-Stahlblechs und entsprechender Anordnung der Teile gelöst. Des Weiteren können partiell verbundene Materialien hergestellt werden und anschlie-βend entsprechend angeordnet zur benötigten Materialpaarung geformt werden. Ebenso werden andersförmige Jochbleche verwendet, die den Kern des Auslösers, bestehend aus Anker und Pol umschließen, um im Zusammenspiel mit der Spule eine Auslösewirkung zu erzielen. Das Kraftniveau dieser Auslöser wird durch eine hoch dimensionierte Erregung gehalten. Das bedeutet eine ineffiziente Energieumwandlung zwischen elektrischer zu mechanischer Energie.

[0008] Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Kurzschlussauslöser, insbesondere für einen Leistungsschalter zu schaffen, der bei einer hohen Schaltleistung einen verbesserten Magnetkreis aufweist.

[0009] Diese Aufgabe wird durch einen Kurzschlussauslöser mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0010] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Kurzschlussauslöser, insbesondere für einen Leistungsschalter, mit einem Anker und einem Pol, die innerhalb eines Spulenkörpers angeordnet sind, sowie einem Jochblech und einem Klemmenanschluss gelöst, die um den Spulenkörper herum angeordnet sind. Die Erfindung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass gegenüber liegend zum Jochblech am Klemmenanschluss anliegend, ein Magnetblech angeordnet ist.

[0011] Das erfindungswesentliche Merkmal ist die Anordnung aus Jochblech und Magnetblech zueinander, gefertigt aus zwei einzelnen Teilen ohne direkte Verbindung zum Klemmenanschluss. Der Klemmanschluss ist ebenfalls als Einzelteil angefertigt, der die Funktion als Strombahn übernimmt. Das erfindungsgemäße zusätzliche Magnetblech verringert wesentlich den magnetischen Verlust. Diese Anordnung des nicht platinierten Magnetblechs wird nur in dem Bereich platziert, wo es magnettechnisch erforderlich ist. Bei einem platinierten Bandmaterial, wie zum Beispiel Kupfer, Eisen, ist die Zuordnung partiell nicht möglich. Hierbei wäre der Klemmenanschluss durchgängig aus platiniertem Formmaterial gefertigt. Eine partielle Kombination zweier Vormaterialien mittels zum Beispiel Rollbahnschweißen, kann nicht eingesetzt werden, da durch die eingebrachte Wärme zum Verschweißen das Metallgefüge derart verändert würde, das die Auswirkungen auf den Magnetkreis nicht akzeptabel wären. Auch die hohen Kosten des Vormaterials sind ausschlaggebend für die Teilung von Magnetblech und Klemmenanschluss.

[0012] Dabei ist die formschlüssige Paarung aus Magnetblech und Klemmenanschluss wesentlich. Vorzugsweise ist eine Vertiefung beziehungsweise Prägung im Magnetblech angeordnet. Diese ist achsparallel angeordnet zur Achsmitte des Kurzschlussauslösers, um den erforderlichen Platzbedarf für die angrenzenden Spulenwindungen zu ermöglichen. Hierbei kann der benötigte Querschnitt so weit variieren, wie von der Auslegung der Spule erforderlich ist. Diese ermöglicht auch den Einbauraum im Gesamtgerät zu optimieren und Fertigungstoleranzen zu ermöglichen. Ein entsprechender Freiraum im Klemmenanschluss ist Voraussetzung für die Umsetzung der Prägung am Magnetblech.

[0013] Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass durch die Einzelpaarung der Teile ein unnötiger Verlust in der Strombahn vermieden werden kann.

[0014] Es besteht außerdem die Möglichkeit, eine Aussparung am Magnetblech auszubilden. Durch die Einzelpaarung der Teile kann diese separate Aussparung hergestellt werden. Dies ermöglicht eine optimierte Schweißverbindung und einen geringeren elektrischen Widerstand, da hiermit zwei gleichartige Materialien verscheißt werden können, im vorliegenden Fall die Spule und der Klemmenanschluss. Eine Verschweißung direkt am Magnetblech oder einem platinierten Bandmaterial bewirkt eine deutliche Verschlechterung der magnetischen Stromkreise. Zudem können erhöhte Fertigungskosten durch eine eventuelle zusätzliche Schweißung entstehen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Klemmenanschluss den Weg von der Spule zur Anschlussklemme verbindet, wobei durch den langen Weg vom Strompfad die Temperatur an der Anschlussklemme gesenkt werden kann.

[0015] Vorzugsweise ist auch eine Aussparung am Klemmenanschluss vorgesehen, durch die Überstände durch Schweißperlen ausgeglichen werden können, so dass das Risiko von Einbaufehlern vermieden werden kann. Zudem ist es möglich, das kostengünstige WIG-Schweißverfahren zu verwenden.

[0016] Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass am Klemmenanschluss der Schweißbereich umgebogen ausgebildet ist, so dass eine Fläche zum Verbinden der Teile entsteht. Die Größe ist nach dem notwendigen Stromübergang und dem geringsten elektrischen Widerstand optimiert. Eine Schweißverbindung kann hierbei umgesetzt werden, ebenso wie eine Lötverbindung.

[0017] Es ist außerdem in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die Einzelteile aus Magnetblech und Klemmenanschluss als Schüttgut behandelt werden können. Diese können - müssen aber nicht - formschlüssig miteinander verbunden werden. Durch die äußere Formgebung und Abstimmung der Toleranzen können die Teile ineinander gelegt werden und schlüssig in den Spulenkörper eingeschoben werden, so dass das Magnetblech direkt an die Polfläche von unten angedrückt wird. Ein festes Verbinden der beiden Teile ist kostenintensiv, durch den passgenauen Einbau beziehungsweise durch das passgenaue Eindrücken in das Formnest des Spulenkörpers wird dies umgangen.

[0018] Der erfindungsgemäße Kurzschlussauslöser, insbesondere für einen Leistungsschalter weist einen Anker und einen Pol auf, die innerhalb eines Spulenkörpers angeordnet sind. Auf dem Spulenkörper ist eine Spule aufgewickelt. Der Spulenkörper ist von einem Jochblech und einem Klemmenanschluss umrahmt. Das Jochblech ist vorzugsweise U-förmig ausgebildet. Der Klemmenanschluss umgibt den Spulenkörper inklusive Spule vorzugsweise mit zwei rechwinkelig zueinander stehenden Schenkeln. An den zwei Schenkeln des Klemmenanschlusses ist ein Magnetblech angeordnet, das vorzugsweise U-förmig ausgebildet ist und zwei Schenkel, sowie einen Übergangsbereich aufweist. Dabei liegt der Übergangsbereich des Magnetblechs an einem ersten Schenkel des Klemmenanschlusses an. Der eine Schenkel des Magnetblechs liegt an einem zweiten Schenkel des Klemmenanschlusses an. Der andere Schenkel des Magnetblechs ist im Spulenkörper verankert. Die Spule weist zwei Enden auf. Das eine Ende der Spule ist mit dem Überlastschutz verbunden. Das andere Ende der Spule ist am Klemmenanschluss angeschweißt. Unterhalb des einen Schenkels des Klemmenanschlusses ist ein Stößel angeordnet, der in einer Kontaktschiebervorrichtung des Leistungsschalters geführt ist.

[0019] Der erfindungsgemäße Kurzschlussauslöser mit optimiertem Magnetkreis weist eine gute magnetische Auslegung auf bei reduziertem elektrischen Verlust. Es wird eine geringere magnetische Erregung benötigt, was mit einer geringeren Verlustleistung verbunden ist. Außerdem wird der Platzbedarf dadurch minimiert, dass kein platiniertes Vormaterial verwendet wird. Die Anordnung der Teile zueinander ist optimiert. Vorteilhaft ist außerdem, dass die Einzelteile als Schüttgut behandelt werden können. Durch den vorliegenden erfindungsgemäßen Kurzschussauslöser können zudem die Abmessungen und Toleranzen genauer definiert werden. Der verlängerte Strompfad vom N-Auslöser zu den Anschlussklemmen bewirkt außerdem, dass die Klemmentemperatur sinkt. Mit dem vorliegenden erfindungsgemä-βen Kurzschlussauslöser wurde eine kostengünstige Lösung für hohe Schaltleistungen bei einem Leistungsschalter geschaffen.

[0020] Weiter Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung erläutert.

[0021] Dabei zeigen schematisch:

Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung einen erfindungsgemäßen Kurzschlussauslöser mit zusätzlichem Magnetblech;

Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung einen Klemmenanschluss mit daran angeordnetem Magnetblech;

Fig. 3 in einer Schnittdarstellung den Spulenkörper mit Anker und Joch und der Anordnung zwischen der Polfläche und dem Magnetblech;

Fig. 4 in einer perspektivischen Darstellung die Verbindung zwischen einem Spulenende und dem Klemmenanschluss;

Fig. 5 in einer perspektivischen Darstellung der Spulenanschluss nach Fig. 4 mit einer Aussparung am Klemmenanschluss;

Fig. 6 in einer perspektivischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Spulenanschlusses mit umgebogenem Schweißbereich am Klemmenanschluss.

[0022] In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Kurzschlussauslöser 1, insbesondere für einen Leistungsschalter dargestellt, der einen Anker 2 und einen Pol 3 aufweist, die innerhalb eines Spulenkörpers 4 angeordnet sind. Auf den Spulenkörper 4 ist eine Spule 5 aufgewickelt. Der Spulenkörper 4 ist von einem Jochblech 6 und einem Klemmenanschluss 7 umrahmt. Das Jochblech 6 ist vorzugsweise U-förmig ausgebildet. Der Klemmenanschluss 7 umgibt den Spulenkörper 4 inklusive der Spule 5 vorzugsweise mit zwei rechtwinkelig zueinander stehenden Schenkeln 8,9. An den zwei Schenkeln 8,9 des Klemmenanschlusses 7 ist ein Magnetblech 10 angeordnet, das vorzugsweise U-förmig ausgebildet ist und zwei Schenkel 11, 12, sowie einen Übergangsbereich 13 aufweist. Dabei liegt der Übergangsbereich 13 des Magnetblechs 10 am Schenkel 8 des Klemmenanschlusses 7 an. Der Schenkel 12 des Magnetblechs 10 liegt am Schenkel 9 des Klemmenanschlusses 7 an. Der Schenkel 11 des Magnetblechs 10 ist im Spulenkörper 4 verankert. Die Spule 5 weist zwei Enden 14, 15 auf. Das Ende 14 der Spule ist mit dem Überlastschutz verbunden (nicht dargestellt). Das Ende 15 der Spule 5 ist am Klemmenanschluss 7 angeschweißt. Unterhalb des Schenkels 9 des Klemmenanschlusses 7 ist ein Stößel 16 angeordnet, der in einer Kontaktschiebervorrichtung des Leitungsschalters geführt ist (nicht dargestellt).

[0023] Fig. 2 zeigt den Klemmenanschluss 7 mit daran angeordnetem Magnetblech 10. Das Magnetblech 10 ist dabei an den Schenkeln 8, 9 des Klemmenanschlusses 7 angeordnet. Dabei liegt der Übergangsbereich 13 des Magnetblechs 10 am Schenkel 8 des Klemmanschlusses 7 an. Der Schenkel 12 des Magnetblechs 10 liegt am Schenkel 9 des Klemmenanschlusses 7 an. Im Magnetblech 10 ist eine Vertiefung 17 beziehungsweise Prägung, achsparallel zur Achsmitte des Kurzschlussauslösers angeordnet, um den erforderlichen Platzbedarf für die angrenzende Spule zu ermöglichen. Hierbei kann der benötigte Querschnitt so weit variieren, wie von der Auslegung der Spule erforderlich ist. Dies ermöglicht auch den Einbauraum im Gesamtgerät zu optimieren und Fertigungstoleranzen zu Verfügung zu stellen. Ein entsprechender Freiraum im Klemmenanschluss ist Voraussetzung für die Umsetzung der Prägung am Magnetblech 10.

[0024] Fig. 3 zeigt den Spulenkörper 4 mit Anker 2 und Pol 3 und der Anordnung zwischen der Polfläche 18 und dem Magnetblech 10. Die Einzelteile des Magnetblechs und Klemmenanschlusses können als Schüttgut behandelt werden. Diese können, müssen aber nicht formschlüssig miteinander verbunden werden. Durch die äußere Formgebung und Abstimmung der Toleranzen können die Teile ineinander gelegt werden und schlüssig in den Spulenkörper eingeschoben werden, so dass das Magnetblech direkt an die Polfläche 18 von unten angedrückt wird. Ein festes Verbinden der Teile ist kostenintensiv, durch den passgenauen Einbau beziehungsweise durch das passgenaue Eindrücken in das Formnest des Spulenkörpers 4 wird dies umgangen.

[0025] In Fig. 4 ist die Verbindung zwischen dem Spulenende 15 und dem Klemmenanschluss 7 dargestellt. Dazu ist eine Aussparung 19 am Magnetblech 10 ausgebildet, so dass das Spulenende 15 am Klemmenanschluss 7 angeschweißt werden kann.

[0026] Fig. 5 zeigt den Spulenanschluss nach Fig. 4 am Klemmenanschluss 7, wobei eine zusätzliche Aussparung 20 am Klemmenanschluss 7 dargestellt ist. Durch die Aussparung 20 beziehungsweise Vertiefung am Klemmenanschluss 7 werden Überstände durch Schweißperlen ausgeglichen, so dass das Risiko von Einbaufehlern verringert wird und das kostengünstigere WIG-Schweißverfahren verwendet werden kann.

[0027] In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Spulenanschlusses mit umgebogenem Schweißbereich 21 am Klemmenanschluss 7 dargestellt. Hierbei wird am Klemmenanschluss 7 der Schweißbereich 21 umgebogen, so dass eine Fläche 22 zum Verbinden der Teile entsteht. Die Größe ist nach dem notwendigen Stromübergang und dem geringsten elektrischen Widerstand optimiert. Eine Schweißverbindung kann hierbei umgesetzt werden, ebenso ist eine Lötverbindung möglich.

[0028] Der erfindungsgemäße Kurzschlussauslöser mit optimiertem Magnetkreis weist eine gute magnetische Auslegung auf bei reduziertem elektrischen Verlust. Es wird eine geringere magnetische Erregung benötigt, was mit einer geringeren Verlustleistung verbunden ist. Außerdem wird der Platzbedarf dadurch minimiert, dass kein platiniertes Vormaterial verwendet wird. Die Anordnung der Teile zueinander ist optimiert. Vorteilhaft ist außerdem, dass die Einzelteile als Schüttgut behandelt werden können. Durch den vorliegenden erfindungsgemäßen Kurzschussauslöser können zudem die Abmessungen und Toleranzen genauer definiert werden. Der verlängerte Strompfad vom N-Auslöser zu den Anschlussklemmen bewirkt außerdem, dass die Klemmentemperatur sinkt. Mit dem vorliegenden erfindungsgemä-βen Kurzschlussauslöser wurde eine kostengünstige Lösung für hohe Schaltleistungen bei einem Leistungsschalter geschaffen.

Ansprüche

1. Kurzschlussauslöser (1), insbesondere für einen Leistungsschalter mit einem Anker (2) und einem Pol (3), die innerhalb eines Spulenkörpers (4) angeordnet sind, sowie einem Jochblech (6) und einem Klemmenanschluss (7), die um den Spulenkörper (4) herum angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber liegend zum Jochblech (6) am Klemmenanschluss (7) anliegend ein Magnetblech (10) angeordnet ist.

2. Kurzschlussauslöser (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetblech (10) und der Klemmenanschluss (7) formschlüssig zueinander angeordnet sind.

3. Kurzschlussauslöser (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Magnetblech (10) eine Vertiefung (17) angeordnet ist.

4. Kurzschlussauslöser (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (17) im Magnetblech (10) achsparallel zur Achsmitte des Kurzschlussauslösers (1) angeordnet ist.

5. Kurzschlussauslöser (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend zur Vertiefung (17) im Magnetblech (10) im Klemmenanschluss (7) eine Aussparung ausgebildet ist.

6. Kurzschlussauslöser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Magnetblech (10) eine Aussparung (19) derart ausgebildet ist, dass eine auf den Spulenkörper (4) gewickelte Spule (5) direkt am Klemmenanschluss (7) anschweißbar ist.

7. Kurzschlussauslöser (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmenanschluss (7) im Bereich der Spulenanschlussschweißung eine Ausspaarung (20) aufweist.

8. Kurzschlussauslöser (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Klemmenanschluss (7) ein umgebogener Schweißbereich (21) ausgebildet ist, so dass eine Fläche (22) für den Schweißanschluss zwischen Spule (5) und Klemmenanschluss (7) vorliegt.

Zeichnung