Magnet-Auslöser für ein Schaltgerät

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine steuerbarer Magnet-Auslöser (12) für ein Schaltgerät mit einem beweglich gelagerten Anker (16) zum Auslösen einer Schlosskette des Schaltgeräts, einer Feder (20), die auf den Anker eine Kraft ausübt, um ihn in eine Position zum Auslösen der Schlosskette des Schaltgeräts zu drücken, einer elektrischen Spule (22), die bei einer von einer Auslösefunktion abhängigen Bestromung ein auf den Anker wirkendes Magnetfeld erzeugt, das den Anker entweder in die Auslöseposition zu bewegt oder den Anker in einer Einrastposition gegen den Druck der Feder hält, einem ersten und einem zweiten Permanentmagneten (18, 19), deren Magnetfelder gegensätzlich gepolt sind, und einer Einstellvorrichtung (21) zum Einstellen des durch Überlagerung der Magnetfelder des ersten und zweiten Permanentmagneten erzeugten Gesamtmagnetfeldes auf eine erste oder eine zweite Stärke, wobei das Gesamtmagnetfeld mit der ersten Stärke derart bemessen ist, um den Anker gegen die Kraft der Feder in der Einrastposition zu halten, und das Gesamtmagnetfeld mit der zweiten Stärke derart bemessen ist, dass es alleine nicht ausreicht, um den Anker gegen die Kraft der Feder in der Einrastposition zu halten.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Magnet-Auslöser für ein Schaltgerät.

[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 ein zusätzliches Modul, also entweder ein A- oder ein U-Auslöser in solchen Schaltgeräten eingesetzt werden.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen verbesserten Magnet-Auslöser für ein 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 Magnet-Auslöser für ein Schaltgerät die Funktion eines U-Auslösers zu integrieren. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Magnet-Auslöser derart ausgebildet wird, dass er von einer E- oder A-Auslösefunktion auf eine U-Auslösefunktion eingestellt werden kann. Die Einstellung erfolgt hierbei durch Einstellen eines von den überlagerten Magnetfeldern eines ersten und zweiten Permanentmagneten erzeugten Gesamtmagnetfeldes, das auf den Anker des Auslösers wirkt. Das Gesamtmagnetfeld kann für eine E- oder A-Auslösefunktion so eingestellt werden, dass es den Anker in einer Einrastposition gegen den Druck einer Feder hält, die den Anker in eine Auslöseposition drückt. Für eine U-Auslösefunktion kann das Gesamtmagnetfeld auf eine Stärke eingestellt werden, die nicht alleine ausreicht, den Anker in der Einrastposition gegen den Druck der Feder zu halten. In diesem Fall wird der Anker durch entsprechendes Bestromen einer Spule zum Bewegen des Ankers in der Einrastposition gehalten, so dass bei einem Abfall der an der Spule anliegenden Spannung eine Auslösung erfolgt und damit die U-Auslösefunktion implementiert ist. 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 einen Magnet-Auslöser für ein Schaltgerät mit einem beweglich gelagerten Anker zum Auslösen einer Schlosskette des Schaltgeräts, einer Feder, die auf den Anker eine Kraft ausübt, um ihn in eine Position zum Auslösen der Schlosskette des Schaltgeräts zu drücken, einer elektrischen Spule, die bei einer von einer Auslösefunktion abhängigen Bestromung ein auf den Anker wirkendes Magnetfeld erzeugt, das den Anker entweder in die Auslöseposition zu bewegt oder den Anker in einer Einrastposition gegen den Druck der Feder hält, einem ersten und einem zweiten Permanentmagneten, deren Magnetfelder gegensätzlich gepolt sind, und einer Einstellvorrichtung zum Einstellen des durch Überlagerung der Magnetfelder des ersten und zweiten Permanentmagneten erzeugten Gesamtmagnetfeldes auf eine erste oder eine zweite Stärke, wobei das Gesamtmagnetfeld mit der ersten Stärke derart bemessen ist, um den Anker gegen die Kraft der Feder in der Einrastposition zu halten, und das Gesamtmagnetfeld mit der zweiten Stärke derart bemessen ist, dass es alleine nicht ausreicht, um den Anker gegen die Kraft der Feder in der Einrastposition zu halten

[0009] Der erste und zweite Permanentmagnet können auf der Achse des Ankers hintereinander angeordnet sein und die Einstellvorrichtung kann eine Verstelleinheit zum Verschieben des zweiten Permanentmagneten aufweisen.

[0010] Der erste und zweite Permanentmagnet können auf der Achse des Ankers hintereinander angeordnet sein und die Einstellvorrichtung kann eine magnetische Abschirmung aufweisen, die zwischen den ersten und zweiten Permanentmagneten eingebracht werden kann.

[0011] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Auslösevorrichtung für ein Schaltgerät mit einem elektronisch steuerbaren Auslöser, der einen Magnetauslöser mit einstellbarer Auslösefunktion nach der Erfindung und wie hierin beschreiben 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.

[0012] Schließlich betrifft eine Ausführungsform der Erfindung 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.

[0013] Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.

[0014] 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.

[0015] Die Zeichnungen zeigen in

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

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

Fig. 3 eine Seitenansicht eines schematischen Aufbaus eines Ausführungsbeispiels eine Magnet-Auslösers gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Magnetauslösers mit einem horizontalen Schieber als Verstelleinheit für den zweiten Permanentmagneten gemäß der Erfindung; und

Fig. 5 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Magnetauslösers mit einem horizontalen Schieber als Verstelleinheit für den zweiten Permanentmagneten gemäß der Erfindung.

[0016] 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.

[0017] 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.

[0018] 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, dass an Schaltgeräte angekoppelt werden kann, die einen E-Auslöser aufweisen, der für eine Ansteuerung durch die elektronische Auslösesteuerung 14 geeignet ist.

[0019] Der E-Auslöser 10 weist den in Fig. 2 dargestellten Magnetauslöser 12 mit einstellbarer Auslösefunktion auf, dessen Aufbau 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 erster Permanentmagnet 18 angeordnet ist, durch dessen Magnetfeld die Feder 20 unter mechanischer Spannung und der Anker 16 in einer Einrastposition gehalten werden kann. 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 einer Schlosskette eines Schaltgeräts 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.

[0020] Erfindungsgemäß kann die Auslösefunktion des E-Auslösers 10 von der vorstehend beschriebenen E-Auslöser-Funktion über eine Verstelleinheit 21 auf eine U-Auslöser-Funktion eingestellt werden. Die Verstelleinheit 21 bewegt einen zweiten Permanentmagneten 19, der auf der Achse 17 des Ankers 16 hinter dem ersten Permanentmagneten 18 angeordnet ist von einer ersten Position in eine zweite Position, wie es in Fig. 3 schematisch gezeigt ist. Das Magnetfeld des zweiten Permanentmagneten 19 ist entgegengesetzt zum Magnetfeld des ersten Permanentmagneten 18 gepolt.

[0021] In der ersten Position des zweiten Permanentmagneten 19 ist der Luftspalt L zwischen dem ersten und zweiten Permanentmagneten 18 bzw. 19 so groß, dass das aus der Überlagerung der Magnetfelder der beiden Permanentmagneten 18 und 19 erzeugte Gesamtmagnetfeld eine erste Stärke aufweist, die etwa der Stärke des Magnetfeldes des ersten Permanentmagneten 18 entspricht und derart bemessen ist, dass der Anker 16 gegen die Kraft der Feder 20 in der Einrastposition wie oben beschrieben gehalten wird.

[0022] In der zweiten Position ist der zweite Permanentmagnet 19 so nahe an den ersten Permanentmagneten 18 gebracht, dass sein gegensätzlich gepoltes Magnetfeld das Magnetfeld des ersten Permanentmagneten 18 so stark abschwächt, dass so erzeugte Gesamtmagnetfeld eine zu zweite, geringe Stärke aufweist, um den Anker 16 gegen die Kraft der Feder 20 in der Einrastposition zu halten. Um den Anker 16 dennoch in der Einrastposition zu halten, wird die elektrische Spule 22 über den Transistor 32 gesteuert vom Mikrokontroller 14 so bestromt, dass sie ein Magnetfeld erzeugt, das den Anker 16 in die Einrastposition bewegt und dort hält. Der Anker 16 wird in der Einrastposition so lange gehalten, wie die elektrische Spule 22 über den Transistor 32 bestromt wird. Liegt am U-Auslöser-Eingang 40 ein Signal an, um eine Unterspannungsauslösung zu initiieren, schaltet der Mikrokontroller 14 die Bestromung der elektrischen Spule 22 über den Transistor 32 ab, so dass der Anker 16 durch die Feder 20 in eine Auslöseposition gebracht wird.

[0023] Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht eines Magnetauslösers 12 mit einem horizontalen Schieber 21 als Verstelleinheit für den zweiten Permanentmagneten 19. In Fig. 4 sind vier verschiedene Betriebs- und Einstellzustände des Magnetauslösers 12 gezeigt, die im Folgenden erläutert werden:

Links oben ist der Auslöser 12 im Betriebszustand A-E-Auslöser und im nicht ausgelösten Zustand gezeigt, wobei die Spule 22 nicht bestromt ist. Der erste Permanentmagnet 18 zieht den Anker 16 an sich heran. Durch den Schieber 21 ist der zweite Permanentmagnet 19 soweit vom ersten Permanentmagneten 18 entfernt angeordnet, dass sein Magnetfeld keinen Einfluss auf das Magnetfeld des ersten Permanentmagneten 18 hat.

Links unten ist der Auslöser 12 wieder im Betriebszustand A-E-Auslöser und im ausgelösten Zustand gezeigt, wobei die Spule 22 so bestromt ist, dass ihr Magnetfeld das Magnetfeld des ersten Permanentmagneten 18 soweit abgeschwächt, dass der Anker 16 durch die Feder aus dem Gehäuse 30 teilweise soweit herausgedrückt werden kann, dass eine Schlosskette eines Schaltgeräts ausgelöst werden kann. Durch den Schieber 21 ist der zweite Permanentmagnet 19 soweit vom ersten Permanentmagneten 18 entfernt angeordnet, dass sein Magnetfeld keinen Einfluss auf das Magnetfeld des ersten Permanentmagneten 18 hat.

[0024] Rechts oben ist der Auslöser 12 im Betriebszustand A-E-U-Auslöser und im nicht ausgelösten Zustand gezeigt, wobei die Spule 22 bestromt ist. Der Schieber 21 ist nun in den Magnetauslöser 12 soweit hineingedrückt, dass der zweite Permanentmagnet 19 kurz hinter dem ersten Permanentmagneten 18 angeordnet ist und sein Magnetfeld das Magnetfeld des ersten Permanentmagneten 18 abschwächt. Die Spule 22 ist nun so bestromt, dass ihr Magnetfeld den Anker 16 im Gehäuse 30 hält. Fällt der Strom durch die Spule 22 ab, wird der Anker 16 durch die Feder aus dem Gehäuse 30 teilweise soweit herausgedrückt werden kann, dass eine Schlosskette eines Schaltgeräts ausgelöst werden kann (U-Auslöser-Funktion).

[0025] Rechts unten ist der Auslöser 12 im Betriebszustand A-E-U-Auslöser und im ausgelösten Zustand gezeigt, wobei die Spule 22 unbestromt ist. Der Schieber 21 ist wieder in den Magnetauslöser 12 soweit hineingedrückt, dass der zweite Permanentmagnet 19 kurz hinter dem ersten Permanentmagneten 18 angeordnet ist und sein Magnetfeld das Magnetfeld des ersten Permanentmagneten 18 abschwächt. Der Anker 16 wird durch die Feder aus dem Gehäuse 30 teilweise soweit herausgedrückt, dass eine Schlosskette eines Schaltgeräts ausgelöst werden kann (U-Auslöser-Funktion).

[0026] Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht eines Magnetauslösers 12 mit einem vertikalen Schieber 21 als Verstelleinheit für den zweiten Permanentmagneten 19. In Fig. 5 sind wiederum vier verschiedene Betriebs- und Einstellzustände des Magnetauslösers 12 gezeigt, die den in Fig. 4 gezeigten Betriebs- und Einstellzustände des Magnetauslösers 12 entsprechen, so dass die entsprechenden Beschreibungen zu Fig. 4 auch für Fig. 5 gelten

[0027] Anstelle einer Verstelleinheit, die den zweiten Permanentmagneten 19 verschiebt, kann auch eine magnetische Abschirmung zum Einstellen des Gesamtmagnetfeldes eingesetzt werden, die zwischen den ersten und zweiten Permanentmagneten 18 bzw. 19 eingebracht werden kann. Beispielsweise kann die magnetische Abschirmung zwischen den ersten und zweiten Permanentmagneten 18 und 19 eingeschoben werden, wenn eine E-Auslöser-Funktion eingestellt werden soll. Die eingeschobene magnetische Abschirmung bewirkt, dass das auf den Anker 16 wirkende Gesamtmagnetfeld die erste Stärke besitzt. Wenn die magnetische Abschirmung zwischen den beiden Permanentmagneten 18 und 19 herausgenommen wird, überlagern sich die Magnetfelder der Permanentmagneten 18 und 19 zu einem Gesamtmagnetfeld mit der zweiten Stärke.

Bezugszeichen

[0028] 

10

E-Auslöser

12

Magnetauslöser

14

Mikrokontroller

16

Anker

17

Ankerachse

18

erster Permanentmagnet

19

zweiter Permanentmagnet

20

Feder

21

Verstelleinheit für den zweiten Permanentmagneten

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. Magnet-Auslöser (12) mit einstellbarer Auslösefunktion für ein Schaltgerät mit
einem beweglich gelagerten Anker (16) zum Auslösen einer Schlosskette des Schaltgeräts,
einer Feder (20), die auf den Anker eine Kraft ausübt, um ihn in eine Position zum Auslösen der Schlosskette des Schaltgeräts zu drücken,
einer elektrischen Spule (22), die bei einer von einer Auslösefunktion abhängigen Bestromung ein auf den Anker wirkendes Magnetfeld erzeugt, das den Anker entweder in die Auslöseposition zu bewegt oder den Anker in einer Einrastposition gegen den Druck der Feder hält,
einem ersten und einem zweiten Permanentmagneten (18, 19), deren Magnetfelder gegensätzlich gepolt sind, und
einer Einstellvorrichtung (21) zum Einstellen des durch Überlagerung der Magnetfelder des ersten und zweiten Permanentmagneten erzeugten Gesamtmagnetfeldes auf eine erste oder eine zweite Stärke, wobei das Gesamtmagnetfeld mit der ersten Stärke derart bemessen ist, um den Anker gegen die Kraft der Feder in der Einrastposition zu halten, und das Gesamtmagnetfeld mit der zweiten Stärke derart bemessen ist, dass es alleine nicht ausreicht, um den Anker gegen die Kraft der Feder in der Einrastposition zu halten.

2. Magnet-Auslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Permanentmagnet (18, 19) auf der Achse (17) des Ankers hintereinander angeordnet sind und die Einstellvorrichtung eine Verstelleinheit (21) zum Verschieben des zweiten Permanentmagneten aufweist.

3. Magnet-Auslöser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Permanentmagnet (18, 19) auf der Achse (17) des Ankers hintereinander angeordnet sind und die Einstellvorrichtung eine magnetische Abschirmung aufweist, die zwischen den ersten und zweiten Permanentmagneten eingebracht werden kann.

4. Auslösevorrichtung für ein Schaltgerät mit

- einem elektronisch steuerbaren Auslöser (10), der einen Magnetauslöser (12) mit einstellbarer Auslösefunktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, und

- einer elektronischen Auslösesteuerung (14), die den elektronisch steuerbaren Auslöser abhängig von einer eingestellten Auslösefunktion ansteuert

5. Schaltgerät, insbesondere Leistungsschalter, mit

- mehreren Schaltkontakten,

- einem Schaltantrieb zum Öffnen und Schließen der Schaltkontakte, und

- einer Auslösevorrichtung nach Anspruch 4, die mit dem Schaltantrieb mechanisch derart gekoppelt ist, dass im Auslösefall die Schaltkontakte geöffnet werden können.

Zeichnung