Auslösevorrichtung für ein Schaltgerät und Schaltgerät

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Auslösevorrichtung für ein Schaltgerät mit einem elektronisch steuerbaren Auslöser (10), der einen Magnetauslöser (12) mit einstellbarer Auslösefunktion aufweist, und einer elektronischen Auslösesteuerung (14), die den elektronisch steuerbaren Auslöser abhängig von einer eingestellten Auslösefunktion ansteuert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Auslösevorrichtung für ein Schaltgerät und ein Schaltgerät mit einer derartigen Auslösevorrichtung.

[0002] In Auslösevorrichtungen für Schaltgeräte, insbesondere Leistungsschalter, mit elektronisch steuerbaren Auslösern werden in der Regel Magnetauslöser zum Auslösen einer Schlosskette verwendet. Die Auslösung kann durch Bestromen einer Spule des Magnetauslösers erfolgen, deren Magnetfeld das Magnetfeld eines Permanentmagneten entregt, so dass ein hierdurch gehaltener Anker durch eine Feder in eine Auslöseposition gedrückt werden kann. Aufgrund der elektronischen Ansteuerung wird der Magnetauslöser auch als elektronischer oder elektronisch gesteuerter Auslöser (E-Auslöser) bezeichnet.

[0003] Um das Einsatzgebiet und die Funktionalität zu erweitern, können Schaltgeräte mit E-Auslösern zusätzlich mit Modulen ausgestattet werden, welche eine Auslösung bei angelegter Spannung durch sogenannte Arbeits(strom)auslöser (A-Auslöser) oder bei abfallender Spannung durch sogenannten Unterspannungsauslöser (U-Auslöser) bewirken. Ein A-Auslöser wird vor allem zur Fernauslösung verwendet, wenn beispielsweise eine Spannungsunterbrechung nicht zu einer automatischen Abschaltung führen soll. Ein U-Auslöser betätigt bei einer zu niedrigen Spannung oder einer Spannungsunterbrechung eine Auslösevorrichtung, um beispielsweise das selbsttätige Wiederanlaufen von Elektromotoren zu verhindern.

[0004] Da bei den üblichen Schaltgeräten der Bauraum begrenzt ist, und die mechanische Anbindung des E-Auslösers an den Schaltantrieb bereits einigen Platz benötigt, kann derzeit nur eine sehr begrenzte Anzahl solcher zusätzlichen Module eingesetzt werden, meist sogar nur ein einziges Modul.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine verbesserte Auslösevorrichtung für ein Schaltgerät und ein durch eine solche Auslösevorrichtung verbessertes Schaltgerät vorzuschlagen.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0007] Ein der vorliegenden Erfindung zugrunde liegender Gedanke besteht darin, in einen E-Auslöser einer Auslösevorrichtung für ein Schaltgerät die Funktion eines A- und/oder eines U-Auslösers zu integrieren. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass ein E-Auslöser mit einem Magnetauslöser mit einstellbarer Auslösefunktion ausgestattet wird, und der E-Auslöser von einer elektronischen Auslösesteuerung entsprechend einer gewünschten, d.h. eingestellten Auslösefunktion angesteuert wird. In seiner Grundfunktion kann der E-Auslöser auf eine E-Auslöse-Funktion eingestellt sein. Wird nun die Funktion eines U-Auslösers benötigt, so steuert die Auslösesteuerung den E-Auslöser so an, dass die entsprechende Auslösefunktion des Magnetauslösers auf U-Auslöser eingestellt wird. Die erfindungsgemäße Integration ermöglicht es, den normalerweise für ein A- oder U-Auslöser-Modul benötigten Bauraum für andere Funktionen zu nutzen. Außerdem ermöglicht die elektronische Auslösesteuerung und die einstellbare Auslösefunktion des E-Auslösers einen flexibleren Einsatz, da verschiedene Auslösefunktionen wie ein A- und ein U-Auslöser zusammen mit einem E-Auslöser integriert werden können.

[0008] Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Auslösevorrichtung für ein Schaltgerät mit einem elektronisch steuerbaren Auslöser, der einen Magnetauslöser mit einstellbarer Auslösefunktion aufweist, und einer elektronischen Auslösesteuerung, die den elektronisch steuerbaren Auslöser abhängig von einer eingestellten Auslösefunktion ansteuert. Die Auslösefunktion kann beispielsweise elektronisch über entsprechende Signale je nach Ausgestaltung des Magnetauslösers auf E-, A- und/oder U-Auslöser eingestellt werden, wodurch die Auslösesteuerung den Magnetauslöser des E-Auslösers auf die gewünschte Funktion einstellt.

[0009] Der Magnetauslöser mit einstellbarer Auslösefunktion kann beispielsweise einen Anker, einen Permanentmagneten, eine Feder, eine elektrische Spule und eine Verstelleinheit aufweisen, durch welche die Auslösefunktion eingestellt werden kann.

[0010] Die Verstelleinheit kann beispielsweise eine mechanische Vorrichtung aufweisen, mit welcher die aus Anker, Feder, Permanentmagnet und elektrischer Spule bestehende Auslösekette derart eingestellt werden kann, dass entweder der Anker auf den Permanentmagneten in eine Einrastposition gedrückt wird und durch Bestromen der elektrischen Spule das Magnetfeld des Permanentmagneten entregt wird, so dass der Anker von der Feder in eine Auslöseposition gedrückt werden kann, oder der Anker durch Bestromen der elektrischen Spule in der Einrastposition gehalten wird und bei einem Spannungsabfall der an der elektrischen Spule anliegenden Spannung der Anker von der Feder in die Auslöseposition gedrückt wird.

[0011] Die mechanische Vorrichtung kann auch einen Verschieber für den Permanentmagneten aufweisen, der den Permanentmagneten von einer ersten Position für eine elektronisch gesteuerte Auslösung in eine zweite Position für eine Unterspannungsauslösung und umgekehrt bewegen kann. Beispielsweise kann in der ersten Position der Anker vom Permanentmagneten gegen die Kraft der Feder gedrückt werden, und die Spule zum Auslösen so bestromt werden, dass das entstehende Spulenmagnetfeld das Magnetfeld des Permanentmagneten entregt und die Feder den Anker in eine Auslöseposition drücken kann. In der zweiten Position kann der Permanentmagnet soweit vom Anker entfernt sein, dass er keinen Einfluss auf diesen hat und der Anker durch ein entsprechendes Magnetfeld der Spule gegen die Feder gedrückt wird, so dass bei einem Abfallen der Spulenspannung die Feder den Anker in die Auslöseposition drücken kann.

[0012] Die mechanische Vorrichtung kann außerdem eine Spanneinheit zum Halten des Ankers in einer ersten Spannposition für eine elektronisch gesteuerte Auslösung oder in eine zweite Spannposition für eine Unterspannungsauslösung aufweisen.

[0013] Weiterhin kann die mechanische Vorrichtung eine Federeinstelleinheit zum Einstellen der Feder für eine elektronisch gesteuerte Auslösung oder für eine Unterspannungsauslösung aufweisen.

[0014] Die elektronischen Auslösesteuerung kann in einem separaten Modul untergebracht sein, das an den elektronisch steuerbaren Auslöser angeschlossen werden kann.

[0015] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Schaltgerät, insbesondere einen Leistungsschalter, mit mehreren Schaltkontakten, einem Schaltantrieb zum Öffnen und Schließen der Schaltkontakte, und einer Auslösevorrichtung nach der Erfindung und wie hierin beschrieben, welche mit dem Schaltantrieb mechanisch derart gekoppelt ist, dass im Auslösefall die Schaltkontakte geöffnet werden können.

[0016] Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.

[0017] In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in den Zeichnungen werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.

[0018] Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Auslösevorrichtung für ein Schaltgerät gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Magnetauslösers gemäß der Erfindung.

[0019] In der folgenden Beschreibung können gleiche, funktional gleiche und funktional zusammenhängende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Absolute Werte sind im Folgenden nur beispielhaft angegeben und sind nicht als die Erfindung einschränkend zu verstehen.

[0020] Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Auslösevorrichtung mit einem E-Auslöser 10 und einem Mikrokontroller 14 zur Ansteuerung des E-Auslösers 10 über einen npn-Transistor 32, dessen Laststrecke zwischen eine Versorgungsspannung 34 und einem Versorgungsspannungsanschluss des E-Auslösers 10 geschaltet ist. Mikrokontroller 14 und E-Auslöser 10 sind ferner mit einem Bezugspotential 36 verbunden.

[0021] Der Mikrokontroller 14 ist durch eine Firmware zum Ansteuern des E-Auslösers 10 konfiguriert. Prinzipiell steuert der Mikrokontroller 14 über den Transistor 32 den E-Auslöser 10 so an, dass dieser bei einem entsprechend der E-Auslösefunktion definierten Zustand auslöst. Weitere Auslösefunktionen können über einen A-Auslöser-Eingang 38 und einen U-Auslöser-Eingang 40 am Mikrokontroller 14 eingestellt werden. Der Mikrokontroller 14 implementiert eine elektronische Auslösesteuerung für den E-Auslöser, mit welcher der E-Auslöser auch als U- oder A-Auslöser betrieben werden kann. Die elektronische Auslösesteuerung 14 kann in einem gesonderten Modul untergebracht sein, das an Schaltgeräte angekoppelt werden kann, die einen E-Auslöser aufweisen, der für eine Ansteuerung durch die elektronische Auslösesteuerung 14 geeignet ist.

[0022] Der E-Auslöser 10 weist einen Magnetauslöser auf, wie beispielsweise den in Fig. 2 dargestellten Magnetauslöser 12, dessen Aufbau und E-Auslöser-Funktion im Folgenden im Detail beschrieben wird: ein Anker 16 des Magnetauslösers 12 wird gegen eine Feder 20 auf eine Halterung 24 gedrückt, hinter der ein Permanentmagnet 18 angeordnet ist, durch dessen Magnetfeld die Feder 20 unter mechanischer Spannung und der Anker 16 in einer Einrastposition gehalten wird. Um die in der gespannten Feder 20 gespeicherte Energie freizugeben, kann das Magnetfeld des Permanentmagneten 18 durch eine elektrische Spule 22 entregt werden, um es über einen Luftspalt auf das Gehäuse 30 und die Halterung 24 umzulenken. Durch das derart abgeschwächte Magnetfeld des Permanentmagneten 18, das den Anker 16 zur Halterung 24 hin zieht, wird die auf den Anker 16 wirkende Kraft der Feder 20 stärker und kann diesen von der Halterung 24 wegdrücken, so dass ein Ende des Ankers 16 aus dem Gehäuse 30 herausgedrückt wird und eine Auslösung bewirken kann. Die Entregung des Magnetfelds des Permanentmagneten 18 wird elektronisch vom Mikrokontroller 14 gesteuert, der die Spule 22 für eine elektronisch gesteuerte Auslösung durch Ansteuern des Transistors 32 entsprechend bestromt.

[0023] Erfindungsgemäß kann die Auslösefunktion des E-Auslösers 10 von der vorstehend beschriebenen E-Auslöser-Funktion über eine (nicht dargestellte) Verstelleinheit auf eine U-Auslöser-Funktion eingestellt werden. In der U-Auslöser-Funktion wird der E-Auslöser 10 so umgestellt bzw. verstellt, dass der Anker 16 nur bei mit umgekehrter Stromflussrichtung gegenüber der E-Auslöser-Funktion erregter Spule 22 angezogen bleibt. Beispielsweise kann der Mikrokontroller 14 bei einem an seinem U-Auslöser-Eingang 40 anliegenden entsprechenden Einstellsignal die Bestromung der Spule 22 im Unterschied zur E-Auslöser-Funktion umpolen, so dass der Anker durch das von der Spule 22 erzeugte Magnetfeld, das nun die entgegengesetzte Richtung zu dem bei der E-Auslöser-Funktion erzeugten Magnetfeld besitzt, gegen den Druck der Feder 20 auf die Halterung 24 gedrückt wird und durch dieses Magnetfeld in der Einrastposition gehalten wird. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass das Magnetfeld des Permanentmagneten 18 zu schwach ist, um den Anker 16 in dieser Position zu halten, beispielsweise durch Wegschwenken des Permanentmagneten 18 von der Einrastposition des Ankers 16. Die Energie zum Versorgen der Spule 22 kann durch eine zusätzliche Leitung, ein integriertes Modul oder von einem Schaltgerät bereitgestellt werden.

[0024] Zur Verwendung als A-Auslöser wird die Auslösefunktion des E-Auslösers 10 auf die E-Auslöser-Funktion eingestellt. Eine Auslösung wird über ein entsprechendes Signal am A-Auslöser-Eingang 38 eingestellt, beispielsweise durch ein Fernauslösesignal, durch das der Mikrokontroller 14 den E-Auslöser 10 derart ansteuert, dass dieser eine unmittelbare Auslösung durch den Magnetauslöser 12 initiiert. Der Mikrokontroller 14 kann hierbei entweder selbstversorgend oder durch das Signal am A-Auslöser-Eingang 38 betrieben werden.

[0025] Generell kann die Verstellung des E-Auslösers 10 durch eine mechanische, elektronische oder pneumatische Lösung erfolgen, oder durch Beeinflussung der Federkraft der Feder 20, des Permanentmagneten 18 oder auch durch unterschiedliche Spannpositionen. Im Folgenden werden nun einige Implementierungen der Verstelleinheit erläutert. Die Erläuterungen sind hierbei nicht auf die in Fig. 2 gezeigte Ausführung eines Magnetauslösers beschränkt, sondern können auch zur Implementierung mit einem anderen Aufbau eines Magnetauslösers vorgesehen sein. Wesentliche Elemente des Magnetauslösers wie Anker und Spule sind jedoch für eine Implementierung mit den erläuterten Verstelleinheiten erforderlich.

[0026] Die Verstelleinheit kann eine (nicht dargestellte) mechanische Vorrichtung aufweisen, welche die aus Anker 16, Feder 20, Permanentmagnet 18 und elektrischer Spule 22 bestehende Auslösekette auf die E-Auslöser oder die U-Auslöser-Funktion einstellen kann. Beispielsweise kann die mechanische Vorrichtung einen (nicht dargestellten) Schieber aufweisen, der den Permanentmagneten 18 von einer ersten Position für die E-Auslöser-Funktion soweit vom Anker 16 in eine zweite Position für die U-Auslöser-Funktion wegbewegen kann, dass das Magnetfeld des Permanentmagneten 18 zu schwach ist, um den Anker 16 in die Einrastposition zu bewegen und darin zu halten. Die mechanische Vorrichtung kann auch eine (nicht dargestellte) Spanneinheit aufweisen, welche den Anker 16 in einer ersten Spannposition für eine E-Auslöser-Funktion oder in einer zweiten Spannposition für eine U-Auslöser-Funktion hält. Der Anker 16 kann beispielsweise manuell in die erste oder zweite Spannposition gebracht werden. In der ersten Spannposition kann der Anker 16 vom Permanentmagneten 18 gehalten werden. In der zweiten Spannposition kann der Anker 16 dagegen vom Magnetfeld der Spule 22 gehalten werden. Schließlich kann die mechanische Vorrichtung auch eine (nicht dargestellte) Federeinstelleinheit zum Einstellen der Feder für eine elektronisch gesteuerte Auslösung oder für eine Unterspannungsauslösung aufweisen. Beispielsweise kann durch die Federeinstelleinheit die Federkraft umgestellt werden, so dass bei einer eingestellten U-Auslöser-Funktion die Federkraft derart groß ist, dass die Anzugskraft des Permanentmagneten 18 zu gering ist, um den Anker 16 zu halten und die Spule 22 zusätzlich entsprechend bestromt werden muss, um den Anker 16 zu halten. Bei einer eingestellten E-Auslöser-Funktion ist dagegen die Federkraft so gewählt und eingestellt, dass die Anzugkraft des Permanentmagneten 18 ausreicht, um den Anker 16 zu halten, und zum Auslösen die Spule 22 wie oben beschrieben entsprechend bestromt werden muss, um durch das so erzeugte Magnetfeld das Magnetfeld des Permanentmagneten 18 zu entregen und zu ermöglichen, dass die Federkraft ausreicht, den Anker 16 in die Auslöseposition zu drücken.

[0027] Die Verstelleinheit kann auch einen (nicht dargestellten) elektronischen Versteller aufweisen, der beispielsweise direkt im Mikrokontroller 14 implementiert sein kann und die Bestromung der Spule 22 abhängig von der eingestellten Auslösefunktion steuert. Insbesondere kann der elektronische Versteller die Spule 22 so bestromen, dass das von ihr erzeugte Magnetfeld derart stark ist, dass es den Anker 16 in einer Position für eine U-Auslöser-Funktion hält. Bei einer Unterspannung kann der elektronische Versteller dann die Spule 22 so bestromen, dass sich die Ausrichtung des Magnetfeldes ändert und der Anker 16 vom geänderten Magnetfeld in eine Auslöseposition gebracht wird. Hierbei kann die Positionierung des Ankers 16 von weiteren mechanischen Elementen unterstützt werden wie einer Feder.

Bezugszeichen

[0028] 

10

E-Auslöser

12

Magnetauslöser

14

Mikrokontroller

16

Anker

18

Permanentmagnet

20

Feder

22

elektrische Spule

24

Halterung und Nebenschluss

26

Bodenplatte

28

Ausgleichsring

30

Gehäuse und Nebenschluss

32

npn-Transistor

34

Versorgungsspannung

36

Bezugspotential

38

A-Auslöser-Eingang

40

U-Auslöser-Eingang

Ansprüche

1. Auslösevorrichtung für ein Schaltgerät mit einem elektronisch steuerbaren Auslöser (10), der einen Magnetauslöser (12) mit einstellbarer Auslösefunktion aufweist, und einer elektronischen Auslösesteuerung (14), die den elektronisch steuerbaren Auslöser abhängig von einer eingestellten Auslösefunktion ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetauslöser (12) mit einstellbarer Auslösefunktion einen Anker (16), einen Permanentmagneten (18), eine Feder (20), eine elektrische Spule (22) und eine Verstelleinheit aufweist, durch welche die Auslösefunktion eingestellt werden kann.

2. Auslösevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinheit eine mechanische Vorrichtung aufweist, mit welcher die aus Anker, Feder, Permanentmagnet und elektrischer Spule bestehende Auslösekette derart eingestellt werden kann, dass entweder der Anker auf den Permanentmagneten in eine Einrastposition gedrückt wird und durch Bestromen der elektrischen Spule das Magnetfeld des Permanentmagneten entregt wird, so dass der Anker von der Feder in eine Auslöseposition gedrückt werden kann, oder der Anker durch Bestromen der elektrischen Spule in der Einrastposition gehalten wird und bei einem Spannungsabfall der an der elektrischen Spule anliegenden Spannung der Anker von der Feder in die Auslöseposition gedrückt wird.

3. Auslösevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Vorrichtung einen Verschieber für den Permanentmagneten aufweist, der den Permanentmagneten von einer ersten Position für eine elektronisch gesteuerte Auslösung in eine zweite Position für eine Unterspannungsauslösung und umgekehrt bewegen kann.

4. Auslösevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Vorrichtung eine Spanneinheit zum Halten des Ankers in einer ersten Spannposition für eine elektronisch gesteuerte Auslösung oder in eine zweite Spannposition für eine Unterspannungsauslösung aufweist.

5. Auslösevorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Vorrichtung eine Federeinstelleinheit zum Einstellen der Feder für eine elektronisch gesteuerte Auslösung oder für eine Unterspannungsauslösung aufweist.

6. Auslösevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Auslösesteuerung in einem separaten Modul untergebracht ist, das an den elektronisch steuerbaren Auslöser angeschlossen werden kann.

7. Schaltgerät, insbesondere Leistungsschalter, mit

• mehreren Schaltkontakten,

• einem Schaltantrieb zum Öffnen und Schließen der Schaltkontakte, und

• einer Auslösevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche mit dem Schaltantrieb mechanisch derart gekoppelt ist, dass im Auslösefall die Schaltkontakte geöffnet werden können

Zeichnung