AUSLÖSE-EINRICHTUNG FÜR EIN ÜBERSTROM-ABSCHALTGERÄT

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Auslöse-Einrichtung für ein Überstrom-Abschaltgerät, wie z.B. Leitungsschutzschalter, umfassend einen ein Schaltschloß betätigenden Auslöse-Anker, welcher von einer von einem zu überwachenden Strom durchflossenen Spule betätigbar ist.

[0002] An Überstrom-Abschaltgeräten sind im wesentlichen einerseits Schmelzsicherungen -sie sind lediglich für einen einzigen Abschaltvorgang verwendbar- und andererseits wiedereinschaltbare, daher mehrmals verwendbare Sicherungsautomaten in Verwendung.

[0003] In einer elektrischen Anlage wird im Normalfall in der Zuleitung ein Überlast-Schutz der angeführten Bauweisen vorgesehen, bevor sich diese Zuleitung in eine Vielzahl von parallel zueinander geschaltenen Stromkreisen aufteilt. In jedem dieser Stromkreise sind eigene Schutzvorrichtungen -in der Regel bestehend aus Personenschutz (FI-Schutzschalter od. dgl.) und Anlagenschutz (Leitungsschutzschalter, Schmelzsicherungen od. dgl.)- vorgesehen. Gegebenenfalls können sich diese Stromkreise ihrerseits erneut in weitere, ebenso durch Schutzvorrichtungen gesicherte weitere Unter-Stromkreise aufteilen.

[0004] Bei einer solchen Schaltungsstruktur kommt es zu einer Serienschaltung der Schutzvorrichtungen von Zuleitung, Stromkreis und Unter-Stromkreis.

[0005] Tritt nun in einem Unter-Stromkreis ein unzulässig hoher Strom auf, so ist es wünschenswert, wenn lediglich der diesem Unter-Stromkreis zugeordnete Schutzschalter auslöst und damit seinen Unter-Stromkreis vom Netz trennt, sämtliche vorgeschalteten Schutzschalter jedoch eingeschaltet und damit alle störungsfreien Stromkreise und Unter-Stromkreise mit dem Netz verbunden bleiben. Erst wenn der auftretende Überstrom so groß ist, daß er nicht mehr vom Schutzschalter des Unter-Stromkreises abgeschaltet werden kann, soll der übergeordnete Schalter ansprechen. Ein solches, zeitverzögertes Schalten des vorgeordneten Schalters wird als "Selektivität" bezeichnet.

[0006] Bei Schmelzsicherungen wird diese Selektivität durch die für das Schmelzen des Schmelzdrahtes benötigte Heizleistung, die proportional zum Quadrat der Stromstärke und der Einwirkungs-Zeitdauer des Überstromes ist, bestimmt.

[0007] Auf dem Gebiet der Leitungsschutzschalter werden in der Regel zwei Auslöseeinrichtungen vorgesehen. Eine erste Einrichtung ist für die Abschaltung von nur geringfügig über dem Anlagen-Nennstrom liegenden, über längere Zeiträume einwirkende Überströme vorgesehen. Die zweite, sogenannte Kurzschluß-Strom-Auslösung wird üblicherweise durch eine vom zu überwachenden Strom durchflossene Spule mit beweglichem, die Abschaltung bewirkenden Anker realisiert. Um die im Zusammenhang mit den Schmelzsicherungen erläuterte Heizleistungs- und damit stromstärken- und zeitabhängige Verzögerung nachzubilden, werden vom zu überwachenden Strom durchflossene Thermo-Bimetallstreifen verwendet, welche Bimetallstreifen sich analog zu den Schmelzdrähten proportional zum Quadrat der Stromstärke und der Zeit verformen und durch diese Verformung zeitverzögert die Schalthandlung der Kurzschluß-Strom-Auslösung ermöglichen.

[0008] Diese Bimetall-Streifen stellen Bauteile dar, die einerseits mechanisch exakt justiert werden müssen und andererseits zusätzliche elektrische Verbindungen erfordern. Zusammenfassend bringen sie also eine deutliche Verkomplizierung des Schutzschalter-Aufbaus und somit eine Verschlechterung der Funktionszuverlässigkeit und eine umständlichere Herstellung mit sich. Ein weiterer Nachteil derartiger Konstruktionen ist, daß die durch die Bimetallelemente erreichte zeitverzögerte Abschaltung unabhängig von der Höhe des zu überwachenden Stromes aufrecht erhalten wird. Damit ergibt sich auch bei sehr hohen Kurzschlußströmen, die zum Schutz der Anlage ohne jede Verzögerung abgeschaltet werden sollten, ein zeitverzögertes Ansprechen der Schutzeinrichtung.

[0009] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Auslöse-Einrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, welche ein selektives Auslöse-Verhalten aufweist, hierfür jedoch nur einige wenige, unempfindliche und einfach einzubauende zur herkömmlichen Auslöse-Spule hinzutretende Bauteile aufweist. Darüberhinaus soll die erfindungsgemäße Auslöse-Einrichtung ihre Selektivität verlieren und unverzögert ansprechen, wenn der zu überwachende Strom einen bestimmten, vorgebbaren Wert erreicht.

[0010] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Auslöse-Anker in seiner Ruhestellung von einer Feder und von einem Elektromagneten gehalten ist, dessen Spule vom zu überwachenden Strom bzw. einem dem zu überwachenden Strom proportionalen Strom durchflossen ist, und daß die Spule beim Erreichen einer vorgebbaren Stromstärke kurzschließbar ist.

[0011] Das Ansprechen des Auslöse-Ankers wird damit durch einfache konstruktive Maßnahmen solange verzögert, bis die von der Spule auf den Auslöse-Anker ausgeübte Kraft die Haltekraft des Elektromagneten übersteigt. Die Selektivität wird zudem automatisch an die momentane Stärke des zu überwachenden Stromes angepaßt, wird jedoch durch das Kurzschließen, das einen sofortigen Abbau des Haltemagnetismus zur Folge hat, schlagartig abgebaut.

[0012] In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß Windungen der äußersten Wicklungslage der Spule von Isoliermaterial freigehaltene Abschnitte aufweisen und daß eine elektrisch leitende Brücke vorgesehen ist, welche beim Erreichen einer vorgebbaren Stromstärke mit diesen Abschnitten in Kontakt bringbar ist.

[0013] Damit kann ein parallel zur Spule geschalteter Kurzschlußkontakt, der entsprechend den zu erwartenden hohen Strömen relativ groß dimensioniert sein müßte, eingespart werden.

[0014] In diesem Zusammenhang kann weiters vorgesehen sein, daß die Spule lediglich eine Wicklungslage aufweist und daß sämtliche Windungen dieser Wicklungslage von Isoliermaterial freigehaltene Abschnitte aufweisen.

[0015] Diese Ausbildung erlaubt, daß jede Windung der Spule für sich kurzschließbar ist, wodurch ein besonders rascher Abbau des Magnetfeldes gewährleistet ist.

[0016] Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die elektrisch leitende Brücke auf einem Kurzschluß-Anker festgelegt ist, welcher Kurzschluß-Anker vom Elektromagneten von einer Ruheposition in eine die Brücke in Kontakt mit den von Isoliermaterial freigehaltenen Abschnitten bringenden Position bewegbar ist, wobei dieser Kurzschluß-Anker mit einer vorgebbaren Haltekraft in seiner Ruheposition gehalten ist.

[0017] Damit muß nur ein einziger Bauteil, nämlich der Kurzschluß-Anker, zusätzlich zum ohnehin vorhandenen Elektromagneten vorgesehen werden. Dies erlaubt eine besonders kompakte, funktionszuverlässige Bauweise. Durch entsprechende Dimensionierung der Haltekraft des Kurzschluß-Ankers kann der Wert, bei welchem die Spule kurzgeschlossen wird, sehr einfach eingestellt werden.

[0018] In diesem Zusammenhang kann ein weiteres Merkmal der Erfindung darin liegen, daß die den Kurzschluß-Anker in seiner Ruheposition haltende Haltekraft durch einen mit Kurzschluß-Anker und Gehäuse der Auslöse-Einrichtung verbundenen, elastischen Bauteil erzeugbar ist.

[0019] Solche Bauteile weisen eine geringe Größe auf, sodaß durch sie die Gesamtbaugröße der erfindungsgemäßen Auslöseeinrichtung nur unwesentlich vergrößert wird.

[0020] Besonders vorteilhaft kann es dabei sein, daß der elastische Bauteil durch eine Schraubenfeder, vorzugsweise eine Druckfeder gebildet ist, da derartige Bauteile sehr einfach mit den für diese Anwendung notwendigen Kräften hergestellt werden können.

[0021] Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Auslöse-Einrichtung kann vorgesehen sein, daß der Auslöse-Anker indirekt durch einen vorzugsweise mittels zumindest einem elastischen Koppelglied und gegebenenfalls einem oder mehreren Hilfsankern mit dem Auslöse-Anker verbundenen, von der Spule unmittelbar bewegbaren Magnet-Anker betätigbar ist.

[0022] Durch die elastische Kopplung kann der Magnet-Anker auch schon vor Erreichen der Haltekraft bewegt werden, wobei durch diese Bewegung die auf den Auslöse-Anker einwirkende Kraft über das Koppelglied kontinuierlich aufgebaut wird. Dies ist vor allem bei Überstömen mit langer Anstiegszeit von Vorteil, da der Magnet-Anker hier bei Erreichen der Schaltschwelle bereits einen großen Abschnitt seines Weges zurückgelegt hat, bei starrer Kopplung bzw. bei direktem Einwirken der Spule auf den Auslöse-Anker dieser bei Erreichen der Schaltschwelle erst freigegeben wird und den gesamten Weg bis zum Schaltschloß zurücklegen muß.

[0023] In Weiterbildung dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das zumindest eine elastische Koppelglied durch eine Schraubenfeder gebildet ist.

[0024] Solche Koppelglieder erfordern wenig Platz, weisen gleichzeitig jedoch eine gute und über die Zeit relativ konstantbleibende Elastizität auf.

[0025] Besonders günstig kann es sein, daß der Magnet-Anker zumindest abschnittsweise im Inneren der Spule angeordnet ist.

[0026] Damit ist der Magnet-Anker auf genau vorhersagbare Weise durch die magnetischen Kräfte des zu überwachenden Stromes bewegbar.

[0027] Dabei kann es desweiteren von Vorteil sein, wenn auch der Auslöse-Anker im Inneren der Spule angeordnet ist, wobei der Auslöse-Anker aus nicht magnetisierbarem Material gebildet ist.

[0028] Dadurch ergibt sich eine weitere Möglichkeit, die Gesamtbaugröße der Auslöse-Einrichtung zu verkleinern.

[0029] Weiters kann vorgesehen sein, daß der Auslöse-Anker einen durch den Magnet-Anker hindurchreichenden, vorzugsweise parallel zur Längsachse der Spule verlaufenden Ansatz aufweist, auf welchem Ansatz ein Bauteil aus magnetisierbaren Material festgelegt ist, welcher Bauteil vom Elektromagneten gehalten ist.

[0030] Dies erlaubt eine weitere geometrischen Verkleinerung der erfindungsgemäßen Auslöse-Einrichtung, sie ist -abgesehen vom den Auslöse-Anker haltenden Elektromagneten- nur noch von der Größe der Spule abhängig, außerhalb dieser gibt es keine beweglichen Bauteile mehr.

[0031] Ein weiteres Merkmal der Erfindung kann darin gelegen sein, daß der Elektromagnet ein H-förmiges Joch aufweist, dessen Quersteg die Spule trägt, dessen erstes Schenkelpaar über das Bauteil auf den Auslöse-Anker und dessen zweites Schenkelpaar auf den Kurzschluß-Anker einwirkt.

[0032] Dies stellt eine besonders einfach zu fertigende, die an sie gestellten Anforderungen aber dennoch voll erfüllende Konstruktionsweise des Elektromagneten dar.

[0033] Weiters kann vorgesehen sein, daß der Elektromagnet mit seiner Längsachse normal zur Längsachse des Auslöse-Ankers angeordnet ist.

[0034] Damit kann die Längserstreckung der gesamten Auslöse-Einrichtung klein gehalten werden.

[0035] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Kurzschluß-Anker lamelliert ist.

[0036] In einem lamellierten Anker entwickeln sich deutlich weniger Ummagnetisierungs- und Wirbelstromverluste, wodurch sich die Ankerbewegung verschnellert und im Endeffekt eine Verkürzung der Ansprechzeit der gesamten Auslöse-Einrichtung erreicht werden kann.

[0037] Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in den beigeschlossenen Zeichnungen dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1a,b schematische Aufriß-Darstellungen zweier Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Auslöse-Einrichtung zu realisieren;

Fig.2a,b ein bevorzugte Ausführungsform des Haltemagneten im Grundriß mit zwei unterschiedlichen Arten der Haltekraft-Erzeugung;

Fig.3 eine zu den Fig.2a,b alternative Ausführungsform des Haltemagneten im Schrägriß;

Fig.4 eine schematische Aufriß-Darstellung einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Auslöse-Einrichtung und

Fig.5 den Längsschnitt durch einen mit einer erfindungsgemäßen Kurzschluß-Auslöse-Einrichung ausgestattenen Leitungsschutzschalter.

[0038] Die in Fig.1a,b dargestellte Auslöse-Einrichtung für ein Überstrom-Abschaltgerät, wie z.B. Leitungsschutzschalter, weist einen Auslöse-Anker 11, der über einen stiftförmigen Fortsatz 27 ein Schaltschloß 18 betätigen kann, auf. Dieses Schaltschloß 18 steht in Wirkverbindung mit einem oder mehreren beweglichen, einen zu überwachenden Strom führenden Kontakten 28 und öffnet diese bei Betätigung durch den stiftförmigen Fortsatz 27. Der Auslöse-Anker 11 ist im Inneren einer vom zu überwachenden Strom durchflossenen Spule 6 angeordnet und kann, weil er aus einem magnetisierbaren Material gefertigt ist, durch das von der Spule 6 erzeugte Magnetfeld in Richtung Schaltschloß 18 bewegt werden, wie dies mit dem Pfeil 110 symbolisch dargestellt ist. Die Rückstellung des Auslöse-Ankers 11 in seine Ruhelage - dargestellt durch Pfeil 120- erfolgt durch eine Feder 12, deren erstes Ende sich auf einem lediglich symbolisch dargestellten, ortsfesten Bauteil 34 und deren zweites Ende sich am Auslöse-Anker 11 selbst abstützt.

[0039] Der Auslöse-Anker 11 ist in seiner Ruhestellung, in welcher der stiftförmige Fortsatz 27 vom Schaltschloß 18 abgehoben ist, von einem Elektromagneten 20 festgehalten. Dieser Elektromagnet 20 umfaßt ein eine Spule 7 tragendes Joch 14, wobei die Spule 7 vom zu überwachenden Strom durchflossen ist. Dies wird durch die mit starken Linien dargestellte Serienschaltung der beiden Spulen 6 und 7 erreicht. Der Auslöse-Anker 11 ist mit einem Ansatz 24 versehen, an dessen Ende ein Bauteil 13 aus magnetisierbarem Material festgelegt ist. Dieser Bauteil 13 bildet mit dem Joch 14 des Elektromagneten 20 einen magnetischen Kreis, durch welchen die bereits erläuterte Festhaltung des Auslöse-Ankers 11 in seiner Ruhestellung erreicht wird.

[0040] Der Zweck des Festlegens des Auslöse-Ankers 11 in der Ruhestellung liegt in der damit erzielbaren Auslöseverzögerung. Eine Auslösung kann nämlich nur dann stattfinden, wenn die von der Spule 6 auf den Auslöse-Anker 11 einwirkende Kraft größer ist als das Resultat der Federkraft der Feder 12 und der Haltekraft des Elektromagneten 20. Dadurch daß der Elektromagnet 20 vom zu überwachenden Strom selbst erregt wird, wird die Auslöseverzögerung, auch als Selektivität bezeichnet, automatisch abhängig von der aktuellen Stromstärke, und zwar so, daß eine hohe Stromstärke eine hohe Selektivität zur Folge hat, eingestellt.

[0041] Selbstverständlich muß zur Erreichung dieser Eigenschaft der Selektivitätsanpassung nicht der zu überwachende Strom selbst durch die Spule 7 fließen, es reicht aus, die Spule 7 mit einem zum überwachenden Strom proportionalen Strom zu beaufschlagen. Ein solcher kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, daß ein Teil des zu überwachenden Stromes über eine Parallelwiderstand 29 -wie in Fig.1a strichliert dargestellt- an der Spule 7 vorbeigeleitet wird. Sinnvoll kann dies dann sein, wenn der Elektromagnet 20 konstruktiv so ausgeführt ist, daß lediglich ein Teil des zu überwachenden Stromes zur Realisierung der beschriebenen Selektivität ausreicht, der volle Strom jedoch eine zu intensive Festhaltung des Auslöse-Ankers 11 in seiner Ruheposition bewirken würde. Durch Veränderung des Parallelwiderstandes 29 kann auf besonders einfache Weise die Selektivität beeinflußt werden.

[0042] Wenngleich dies einen relativ hohen Mehraufwand mit sich brächte, ist es im Sinne der Erfindung genauso möglich, die Spule 7 mit einem galvanisch vom zu überwachenden Strom getrennten aber proportional zu diesem verlaufenden Strom zu beaufschlagen.

[0043] Bei besonders hohen Stromstärken ist eine zeitverzögerte Abschaltung nicht mehr erwünscht, im Interesse der nachgeschalteten Verbraucher sollten solche besonders hohen Ströme in möglichst kurzer Zeit abgeschaltet werden. Dazu ist es notwendig, die durch den Elektromagneten 20 bewirkte Verzögerungswirkung beim Auftreten derartiger hoher Ströme auszuschalten, was erfindungsgemäß durch Kurzschließen der Spule 7 erreicht wird.

[0044] Die Realisierung dieses Kurzschlusses kann auf verschiedene Weise erfolgen. In Fig.1a ist hierzu ein parallel zur Spule 7 geschalteter Schaltkontakt 30 vorgesehen. Daneben gibt es eine Ansteuerschaltung 31, die die aktuelle Stromstärke erfaßt, was gemäß Fig.1a über die Messung der an einem Shuntwiderstand R vom zu überwachenden Strom hervorgerufenen Spannungsabfall erfolgt. Beim Erreichen der maximal zulässigen Stromstärke schließt die Ansteuerschaltung 31 den Schaltkontakt 30, wodurch schlagartig das den Bauteil 13 und das Joch 14 durchsetzende Magnetfeld zusammenbricht. Der Auslöse-Anker 11 wird dadurch freigegeben und kann unverzüglich das Schaltschloß 18 betätigen.

[0045] Die Ausführungsform nach Fig.1b entspricht im wesentlichen jener nach Fig.1a, jedoch ist hier das Kurzschließen der Spule 7 anders realisiert.

[0046] Zur Ausbildung der Spule 7 ist festzuhalten, daß diese in den Ausführungsformen der Zeichnungen stets mit nur einer Wicklungslage ausgestattet ist. Dies stellt zwar eine bevorzugte Ausführungsmöglichkeit dar, ist aber keineswegs beschränkend zu verstehen, vielmehr kann diese Spule 7 mit einer beliebigen Anzahl von Wicklungslagen ausgestattet sein.

[0047] Gemäß Fig.1b weisen nun sämtliche Windungen der einzigen Wicklungslage der Spule 7 von Isoliermaterial freigehaltene Abschnitte 71 auf. Daneben ist eine elektrisch leitende Brücke 17 vorgesehen, welche beim Erreichen einer vorgebbaren Stromstärke mit diesen Abschnitten 71 in Kontakt bringbar ist.

[0048] Für die dafür nötige Bewegung dieser Brücke 17 in Richtung des Pfeiles 170 ist ein weiterer Elektromagnet, bestehend aus einem mit der Brücke 17 verbundenen Anker 32 und einer auf diesen Anker 32 einwirkenden Spule 33 vorgesehen. Angesteuert wird dieser Elektromagnet analog zur Ausführungsform nach Fig.1a von einer Ansteuerschaltung 31 in der oben bereits erläuterten Weise.

[0049] Beide bisher vorgestellten Realisierungsvarianten haben den Nachteil, daß eine Ansteuerschaltung 31 mit zugehörigen Stromerfassungseinrichtungen zusätzlich erforderlich ist.

[0050] Demgegenüber benützen die Ausführungsformen nach Fig.2a,b das ohnehin bereits vorhandene, von der Spule 7 selbst erzeugte und damit ein Maß für die Stärke des zu überwachenden Stromes darstellende Magnetfeld zur Bewegung der Brücke 17.

[0051] Diese Brücke 17 ist dazu auf einem Kurzschluß-Anker 15 festgelegt, welcher Kurzschluß-Anker 15 mit einer vorgebbaren Haltekraft in seiner Ruheposition gehalten ist und vom Elektromagneten 20 von dieser Ruheposition in eine die Brücke 17 in Kontakt mit den von Isoliermaterial freigehaltenen Abschnitten 71 bringende Position bewegbar ist.

[0052] Das Fixieren des Kurzschluß-Ankers 15 in der Ruheposition ist notwendig, um bei niedrigen Stromstärken die vom Elektromagneten 20 erzeugte Auslöseverzögerung aufrecht zu erhalten. Die Haltekraft des Kurzschluß-Ankers 15 wird so dimensioniert, daß sie beim Auftreten der Stromstärke, ab welcher eine unverzögerte Auslösung stattfinden soll, von der auf den Kurzschluß-Anker 15 einwirkenden, im Luftspalt 19 aufgebauten magnetischen Kraft überstiegen wird. Damit wird der Kurzschluß-Anker 15 freigegeben, die Spule 7 in weiterer Folge kurzgeschlossen und die Auslösung vorgenommen.

[0053] Die den Kurzschluß-Anker 15 in seiner Ruheposition festlegende Haltekraft ist auf beliebigem Weg, z.B. durch von den Kurzschluß-Anker 15 berührenden Bauteilen erzeugte Reibungskräfte od. dgl. erzeugbar. Im besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fig.2a ist ein hierfür ein elastischer Bauteil 16, der durch eine Schraubenfeder, die funktionsgemäß als Druckfeder ausgebildet ist, vorgesehen. Sie erstreckt sich zwischen einem ortsfesten Gehäuseteil 21 und einem länglichen Ansatz 151 des Kurzschluß-Ankers 15.

[0054] Fig.2b zeigt eine in der Funktion mit Fig.2a übereinstimmende Ausführungsform, wobei hier eine am Kurzschluß-Anker 15 und an einem Gehäuseteil 21 festgelegte Zugfeder als elastisches Bauteil 16 dient. Die Verbindung der Brücke 17 mit dem Kurzschluß-Anker 15 erfolgt dabei über eine Kontaktfeder 35.

[0055] Deutlich erkennbar ist aus den Fig.2a,b desweiteren eine bevorzugte konstruktive Ausgestaltung des Elektromagneten 20. Sein Joch 14 ist H-förmig gestaltet, wobei der Quersteg 140 die Spule 7 trägt, sein erstes Schenkelpaar 141, 142 über das Bauteil 13 auf den Auslöse-Anker 11 und sein zweites Schenkelpaar 143, 144 auf den Kurzschluß-Anker 15 einwirkt.

[0056] Eine andere Ausgestaltungsform des Elektromagneten 20 zeigt Fig.3: Das erste Schenkelpaar 141, 142 steht dabei normal auf das zweite Schenkelpaar 143, 144. Die Anordnung im rechten Winkel ist wiederum nicht einschränkend zu verstehen, der gewählte Winkel zwischen den Schenkelpaaren ist unerheblich für die elektrotechnische Funktion und kann daher nach Belieben bzw. je nach Konstruktionsanforderung gewählt werden.

[0057] In Fig.4 ist eine Weiterbildung der Ausführungsform nach Fig.1a dargestellt. Die Besonderheit dabei ist, daß der Auslöse-Anker 11 nicht direkt von der Spule 6 betätigbar ist, sondern daß ein weiterer Anker, im folgenden als Magnet-Anker 10 bezeichnet, vorgesehen ist. Dieser Magnet-Anker 10 ist von der Spule 6 direkt in Richtung des Pfeiles 100 betätigbar und steht mit dem Auslöse-Anker 11 über ein elastisches, durch eine Schraubenfeder gebildetes Koppelglied 22 in Verbindung. Der Auslöse-Anker 11 wird damit nur indirekt von der Spule 6 in Richtung des Pfeiles 110 bewegt. Diese indirekte Koppelung kann natürlich beliebig ausgeweitet werden, indem zwischen Magnet-Anker 10 und Auslöse-Anker 11 weitere, in den Zeichnungen jedoch nicht mehr dargestellte Hilfsanker mit entsprechenden weiteren elastischen Koppelgliedern vorgesehen werden.

[0058] Zur Festhaltung des Auslöse-Ankers 11 weist dieser analog zu Fig.1a,b einen den magnetisierbaren Bauteil 13 tragenden Ansatz 24 auf, welcher durch eine entsprechende Bohrung des Magnetankers 10 hindurchgeführt ist und etwa parallel zur Längsache der Spule 6 verläuft.

[0059] Der Auslösevorgang einer solchen Anordnung kann in zwei Auslösephasen unterteilt werden, welche nachstehend beschrieben sind. In einer ersten, dem Auftreten des Überstromes unmittelbar nachfolgenden Auslösephase erzeugt der Überstrom über die Spule 6 ein seiner Stärke proportionales Magnetfeld, welches den Magnet-Anker 10 in Richtung des Auslöse-Ankers 11 bewegt. Diese Bewegung wird über das elastische Koppelglied 22 auf den Auslöse-Anker 11 übertragen, welcher jedoch vorläufig noch -bedingt durch die auf ihn vom Elektromagneten ausgeübte Haltekraft- in seiner Ruheposition verbleibt. Bei weiter fortschreitender Auslenkung des Magnet-Ankers 10 wird das Koppelglied 22 immer mehr vorgespannt, wodurch die auf den Auslöse-Anker 11 wirkende Kraft zunimmt. In dieser Auslösephase stellen Magnet-Anker 10 und Koppelglied 22 ein Schwingungssystem dar, welches durch die vom Überstrom erzeugte magnetische Kraft erregt wird. Die Zeit, die der Magnet-Anker 10 benötigt, um das Koppelglied soweit vorzuspannen, bis die Haltekraft überschritten und der Auslöse-Anker 11 aus seiner Ruheposition auslenkbar wird, ergibt die Zeitverzögerung, die Selektivität der erfindungsgemäßen Auslöse-Einrichtung.

[0060] Sofern die vom Überstrom erzeugte Kraft die Haltekraft übersteigt, kommt es zur zweiten Auslösephase. Der Auslöse-Anker 11 kommt dabei sprunghaft in Bewegung, wodurch das Schaltschloß 18 betätigt und in weiterer Folge die Kontakte 28 geöffnet werden. In dieser Auslösephase stellen die nun gekoppelten Massen von Magnet- 10 und Auslöse-Anker 11 in Zusammenwirkung mit der Rückstellfeder 12 das Schwingungssystem dar. Dieses funktioniert wie ein herkömmlicher, lediglich aus Spule und Anker gebildeter Magnetauslöser, wobei sich die Erregerkraft aus dem Resultat des Kraftsystems Stromkraft-Haltekraft ergibt.

[0061] Die Auslösung wird zusammenfassend also nicht von einem direkt durch den Überstrom betätigten Anker eingeleitet, sondern erfolgt indirekt durch die Bewegung des mittels dem elastischen Koppelglied 22 mit dem Auslöse-Anker 11 verbundenen, von der Spule 6 unmittelbar bewegbaren Magnet-Anker 10.

[0062] Die zeitliche Verzögerung der Auslösung wird im wesentlichen in der ersten Auslösephase erstellt. Sie wird durch die mechanischen Eigenschaften des Schwingungssystems -Magnet-Anker-Masse, Federrate des Koppelgliedes 22 und Magnet-Ankerhub- und durch die Stromkraft bestimmt. Die Stromkraft ist bekannterweise mit dem Stromquadrat proportional, folglich auch die Bewegung des Magnet-Ankers 10. Damit ist auch die Verzögerung zum Stromquadrat proportional, genauso wie bei eingangs erwähnten bekannten, elektrothermisch funktionierenden Verzögerungseinrichtungen.

[0063] Fig.5 zeigt einen Längsschnitt durch einen Leitungsschutzschalter, der mit einer erfindungsgemäßen Kurzschlußstrom-Auslöse-Einrichtung ausgestattet ist und sich im eingeschalteten Zustand befindet. Die Strombahn führt von der ersten Anschlußklemme 1a über das Bimetall 2 über ein flexibles Leiterseil 3 zur Kontaktbrücke 4, von dort über den beweglichen Kontakt 28 und den Festkontakt 36 zum Festkontakt-Träger 5, über die Spule 6 zur Spule 7 und von dort zur zweiten Anschlußklemme 1b.

[0064] Die erfindungsgemäße Auslöse-Einrichung ist dem Prinzip nach entsprechend der Ausführungsform nach Fig.2a aufgebaut.

[0065] Erwähnenswerte konstruktive Details, die alle zur Reduzierung der Gesamtbaugröße beitragen, sind folgende:

[0066] Der Magnet-Anker 10 wie auch der Auslöse-Anker 11 sind im Ruhezustand abschnittsweise im Inneren der Spule 6 angeordnet. Damit der Auslöse-Anker 11 bei einer derartigen Anordnung nicht vom Magnetfeld der Spule 6 bewegt wird, ist es notwendig, ihn aus nicht magnetisierbarem Material, wie z.B. Kunststoff, zu fertigen.

[0067] Der Magnet-Anker 10 ist als einseitig geschlossenes Rohrstück ausgebildet und nimmt den Auslöse-Anker 11 zumindest teilweise innerhalb seines Hohlraumes auf. In der dargestellten Ausführungsform ist zwischen Magnet-Anker 10 und Auslöse-Anker 11 kein elastisches Koppelglied 22 vorgesehen, das geschlossene Rohrende liegt direkt am Auslöse-Anker 11 auf. Sofern ein solches Koppelglied 22 eingebaut werden soll, wird es vorteilhafterweise ebenfalls im Hohlraum des Magnet-Ankers 10 angeordnet.

[0068] Wie in Fig.4 ist der Ansatz 24 des Auslöse-Ankers 11 durch den Magnet-Anker 10 hindurchreichend ausgeführt und trägt wieder einen Bauteil 13 aus magnetisierbarem Material, welcher in Zusammenwirken mit dem Elektromagneten 20 das Festhalten des Auslöse-Ankers 11 in seiner Ruheposition bewirkt.

[0069] Der Elektromagnet 20 weist ein H-förmiges Joch 14 auf und ist mit seiner Längsachse 25 normal zur Längsachse 26 des Auslöse-Ankers 11 angeordnet. Damit kann die Gesamtbauhöhe des Leitungsschutzschalter maßgeblich verringert werden, nichtsdestoweniger ist es im Sinne der Erfindung möglich, den Elektromagneten 20 in jedem anderen Winkel zur Längsachse 26 des Auslöse-Ankers 11 anzuordnen.

[0070] Der Kurzschluß-Anker 15 wird bevorzugt lamelliert ausgeführt, um Ummagnetisierungs- und Wirbelstromverluste zu verringern und damit eine besonders schnelle Bewegung des Kurzschluß-Ankers 15 zu gewährleisten.

[0071] Das Schaltschloß 18 ist in herkömmlicher, an sich bekannter Bauweise ausgeführt. Sowohl das Bimetall 2 als auch der an den Auslöse-Anker 11 angeformte Stift 27 wirken auf die Kontaktbrücke 4 ein. Diese ist federvorgespannt, wodurch die von den beiden Auslösemechanismen bewirkte geringfügige Auslenkung in eine vollständige Verschwenkung in die Aus-Stellung verstärkt wird.

Ansprüche

1. Auslöse-Einrichtung für ein Überstrom-Abschaltgerät, wie z.B. Leitungsschutzschalter, umfassend einen ein Schaltschloß (18) betätigenden Auslöse-Anker (11), welcher von einer von einem zu überwachenden Strom durchflossenen Spule (6) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöse-Anker (11) in seiner Ruhestellung von einer Feder (12) und von einem Elektromagneten (20) gehalten ist, dessen Spule (7) vom zu überwachenden Strom bzw. einem dem zu überwachenden Strom proportionalen Strom durchflossen ist, und daß die Spule (7) beim Erreichen einer vorgebbaren Stromstärke kurzschließbar ist.

2. Auslöse-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Windungen der äußersten Wicklungslage der Spule (7) von Isoliermaterial freigehaltene Abschnitte (71) aufweisen und daß eine elektrisch leitende Brücke (17) vorgesehen ist, welche beim Erreichen einer vorgebbaren Stromstärke mit diesen Abschnitten (71) in Kontakt bringbar ist.

3. Auslöse-Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (7) lediglich eine Wicklungslage aufweist und daß sämtliche Windungen dieser Wicklungslage von Isoliermaterial freigehaltene Abschnitte (71) aufweisen.

4. Auslöse-Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Brücke (17) auf einem Kurzschluß-Anker (15) festgelegt ist, welcher Kurzschluß-Anker (15) vom Elektromagneten (20) von einer Ruheposition in eine die Brücke (17) in Kontakt mit den von Isoliermaterial freigehaltenen Abschnitten (71) bringenden Position bewegbar ist, wobei dieser Kurzschluß-Anker (15) mit einer vorgebbaren Haltekraft in seiner Ruheposition gehalten ist.

5. Auslöse-Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kurzschluß-Anker (15) in seiner Ruheposition haltende Haltekraft durch einen mit Kurzschluß-Anker (15) und Gehäuse (21) der Auslöse-Einrichtung verbundenen, elastischen Bauteil (16) erzeugbar ist.

6. Auslöse-Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Bauteil (16) durch eine Schraubenfeder, vorzugsweise eine Druckfeder gebildet ist.

7. Auslöse-Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöse-Anker (11) indirekt durch einen vorzugsweise mittels zumindest einem elastischen Koppelglied (22) und gegebenenfalls einem oder mehreren Hilfsankern mit dem Auslöse-Anker (11) verbundenen, von der Spule (6) unmittelbar bewegbaren Magnet-Anker (10) betätigbar ist.

8. Auslöse-Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine elastische Koppelglied (22) durch eine Schraubenfeder gebildet ist.

9. Auslöse-Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet-Anker (10) zumindest abschnittsweise im Inneren der Spule (6) angeordnet ist.

10. Auslöse-Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Auslöse-Anker (11) im Inneren der Spule (6) angeordnet ist, wobei der Auslöse-Anker (11) aus nicht magnetisierbarem Material gebildet ist.

11. Auslöse-Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet-Anker (10) als einseitig geschlossenes Rohrstück ausgebildet ist und daß der Auslöse-Anker (11) und das zumindest eine Koppelglied (22) zumindest teilweise innerhalb des vom Magnet-Anker (10) gebildeten Hohlraumes angeordnet sind.

12. Auslöse-Einrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöse-Anker (11) einen durch den Magnet-Anker (10) hindurchreichenden, vorzugsweise parallel zur Längsachse der Spule (6) verlaufenden Ansatz (24) aufweist, auf welchem Ansatz (24) ein Bauteil (13) aus magnetisierbaren Material festgelegt ist, welcher Bauteil (13) vom Elektromagneten (20) gehalten ist.

13. Auslöse-Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (20) ein H-förmiges Joch (14) aufweist, dessen Quersteg (140) die Spule (7) trägt, dessen erstes Schenkelpaar (141, 142) über das Bauteil (13) auf den Auslöse-Anker (11) und dessen zweites Schenkelpaar (143, 144) auf den Kurzschluß-Anker (15) einwirkt.

14. Auslöse-Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (20) mit seiner Längsachse (25) normal zur Längsachse (26) des Auslöse-Ankers (11) angeordnet ist.

15. Auslöse-Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschluß-Anker (15) lamelliert ist.

Claims

1. A device for triggering an overload circuit breaker such as an automatic cut-out, comprising a latching mechanism (18) actuating a tripping armature (11) which can be actuated by a coil (6) which is flowed through by the current to be monitored, characterised in that the tripping armature (11) is held in its idle position by a spring (12) and an electromagnet (20) whose coil is flowed through by the current to be monitored or a current proportional to the current to be monitored and that the coil (7) can be shortcircuited on reaching a predeterminable current intensity.

2. A triggering device as claimed in claim 1, characterised in that turns of the outermost winding layer of the coil (7) comprise sections (71) which are kept free from the insulating material and that an electrically conducting link (17) is provided which upon reaching a predeterminable current intensity can be brought into contact with said sections (71).

3. A triggering device as claimed in claim 2, characterised in that the coil (7) is provided with merely one winding layer and that all windings of said winding layer comprise sections (71) which are kept free from insulating material.

4. A triggering device as claimed in claim 3, characterised in that the electrically conducting link (17) is fixed on a squirrel-cage armature (15), which squirrel-cage armature (15) can be moved by the electromagnet (20) from an idle position to a position which brings the link (17) into contact with the sections (71) which are kept free from insulating material, with said squirrel-cage armature (15) being held in its idle position with a predeterminable retention force.

5. A triggering device as claimed in claim 4, characterised in that the retention force holding the squirrel-cage armature (15) in its idle position can be produced by an elastic component (16) connected with the squirrel-cage armature (15) and the housing (21) of the triggering device.

6. A triggering device as claimed in claim 5, characterised in that the elastic component (16) is formed by a coil spring, preferably a pressure spring.

7. A triggering device as claimed in one of the preceding claims, characterised in that the tripping armature (11) can be actuated indirectly by a magnet armature (10) which is directly moved by the coil (6) and is preferably connected with the tripping armature (11) by means of at least one elastic coupling member (22) and optionally one or several auxiliary armatures.

8. A triggering device as claimed in claim 7, characterised in that the at least one elastic coupling member (22) is formed by a coil spring.

9. A triggering device as claimed in claim 7 or 8, characterised in that the magnet armature (10) is disposed at least in sections in the interior of the coil (6).

10. A triggering device as claimed in claim 9, characterised in that the tripping armature (11) is also disposed in the interior of the coil (6), with the tripping armature (11) being made of non-magnetisable material.

11. A triggering device as claimed in claim 10, characterised in that the magnet armature (10) is formed as a pipe section which is closed off on one side and that the tripping armature (11) and the at least one coupling member (22) are disposed at least partly within the cavity formed by the magnet armature (10).

12. A triggering device as claimed in claim 9, 10 or 11, characterised in that the tripping armature (11) is provided with a projection (24) which extends through the magnet armature (10), preferably extends parallel to the longitudinal axis of the coil (6), and on which tripping armature (24) a component (13) made of magnetisable material is fixed, which component (13) is held by the electromagnet (20).

13. A triggering device as claimed in one of the claims 4 to 12, characterised in that the electromagnet (20) is provided with an H-shaped yoke (14) whose transversal bridge (140) carries the coil (7), whose first pair of legs (141, 142) act via the component (13) on the tripping armature (11) and whose second pair of legs (143, 144) act on the squirrel-cage armature (15).

14. A triggering device as claimed in claim 13, characterised in that the electromagnet (20) is disposed with its longitudinal axis (25) normal to the longitudinal axis (26) of the tripping armature (11).

15. A triggering device as claimed in one of the claims 4 to 14, characterised in that the squirrel-cage armature (15) is laminated.

Revendications

1. Dispositif de déclenchement d'un disjoncteur de surintensité, par exemple d'un disjoncteur de protection de lignes, comprenant un induit de déclenchement (11) actionnant un verrou de commutation (18) et pouvant être actionné par une bobine (6) dans laquelle circule le courant à surveiller, caractérisé en ce que l'induit de déclenchement (11) est maintenu dans sa position de repos par un ressort (12) et un électro-aimant (20) dont la bobine (7) est parcourue par le courant à surveiller ou un courant proportionnel au courant à surveiller, et en ce que le bobine (7) peut être court-circuitée lorsque le courant atteint une intensité prédéterminée.

2. Dispositif de déclenchement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les enroulements de la couche d'enroulement extérieure de la bobine (7) présentent des parties (71) non couvertes par le matériau isolant, et en ce qu'il est prévu un pont (17) électriquement conducteur, qui peut être amené en contact avec ces parties (71) lorsqu'une intensité de courant prédéterminée est atteinte.

3. Dispositif de déclenchement selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bobine (7) présente une seule couche d'enroulement et en ce que tous les enroulements de cette couche présentent des parties (71) non couvertes par le matériau isolant.

4. Dispositif de déclenchement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le pont conducteur électriquement (17) est fixé sur un induit de court-circuit (15), lequel induit de court-circuit (15) peut être déplacé par l'électro-aimant (20) d'une position de repos à une position amenant le pont (17) en contact avec les parties (71) non couvertes par le matériau isolant, cet induit de court-circuit (15) étant maintenu dans sa position de repos par une force de maintien prédéterminée.

5. Dispositif de déclenchement selon la revendication 4, caractérisé en ce que la force de maintien retenant l'induit de court-circuit (15) dans sa position de repos peut être produite par un élément élastique (16) relié à l'induit de court-circuit (15) et au boîtier (21) du dispositif de déclenchement.

6. Dispositif de déclenchement selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément élastique (16) est formé par un ressort à boudin, de préférence un ressort de compression.

7. Dispositif de déclenchement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'induit de déclenchement (11) peut être actionné indirectement par un induit magnétique (10) relié à l'induit de déclenchement (11) au moyen d'au moins un élément de couplage élastique (22) et éventuellement d'un ou plusieurs induits auxiliaires et pouvant être directement déplacé par la bobine (6).

8. Dispositif de déclenchement selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément de couplage élastique (22) au nombre d'un au moins est formé par un ressort à boudin.

9. Dispositif de déclenchement selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que l'induit magnétique (10) est disposé au moins partiellement à l'intérieur de la bobine (6).

10. Dispositif de déclenchement selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'induit de déclenchement (11) est lui aussi disposé à l'intérieur de la bobine (6), l'induit de déclenchement (11) étant fait d'un matériau non magnétisable.

11. Dispositif de déclenchement selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'induit magnétique (10) est formé comme un tube fermé à une extrémité et en ce que l'induit de déclenchement (11) et l'élément de couplage élastique (22) au nombre d'un au moins sont disposés au moins partiellement à l'intérieur de la cavité formée à l'intérieur de l'induit magnétique (10).

12. Dispositif de déclenchement selon la revendication 9, 10 ou 11, caractérisé en ce que l'induit de déclenchement (11) présente une saillie (24) traversant l'induit magnétique, de préférence parallèle à l'axe longitudinal de la bobine (6), laquelle saillie (24) porte un élément (13) en matériau magnétisable qui est maintenu par l'électro-aimant (20).

13. Dispositif de déclenchement selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, caractérisé en ce que l'électro-aimant (20) présente une culasse en forme de H (14) dont la traverse (140) porte la bobine (7) dont la première paire de bras (141, 142) agit par l'intermédiaire de l'élément (13) sur l'induit de déclenchement (11) et la deuxième paire de bras (143, 144) agit sur l'induit de court-circuit (15).

14. Dispositif de déclenchement selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'électro-aimant (20) est disposé avec son axe longitudinal (25) normal par rapport à l'axe longitudinal (26) de l'induit de déclenchement (11).

15. Dispositif de déclenchement selon l'une quelconque des revendications 4 à 14, caractérisé en ce que l'induit de court-circuit (15) est feuilleté.

Zeichnung