Beschreibung

Magnetischer Auslöser zur Auslösung eines Leistungsschalters

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Auslöser zur Auslösung eines eine Stromschiene aufweisenden Leistungsschalters bei überstromsituation, mit einem beweglichen Anker zur Betätigung eines Auslösemechanismus, wobei der Anker derart im Leistungsschalter angeordnet werden kann, dass er bei Strom- fluss in der Stromschiene mit einer zwischen der Stromschiene und dem Anker herrschenden elektromagnetischen Anziehungskraft beaufschlagt ist; und mit einer der elektromagnetischen Anziehungskraft mit einer Gegenkraft entgegen wirkenden Federeinrichtung zur Abstützung des Ankers, wobei jeweils der Anker und die Federeinrichtung ein Gleitelement aufweisen und der Abstand des Ankers zur Stromschiene unter Beibehaltung des zur Einfederung des Ankers zur Verfügung stehenden Federweges der Federeinrichtung einstellbar ist.

Leistungsschalter können mit überstromauslösern ausgerüstet sein, die im Falle eines überstroms die Auslösung des Schalters, also ein Schalten des Schalters in den Schaltzustand "aus", bewirken. Die Ansprechzeiten von überstromauslösern betragen bei hoher Erregung, die zum Beispiel im Kurzschluss- fall ein Vielfaches ihrer Ansprecherregung beträgt, nur wenige Millisekunden. Dabei soll üblicherweise eine selektive Abschaltung ermöglicht werden. Das heißt, dass gefordert ist, dass der in der Netzhierarchie näher am Verbraucher angeordnete Leistungsschalter beziehungsweise Sicherung immer vor einem in der Netzhierarchie höher angeordneten Leistungsschalter oder Sicherung auslösen sollte, um zum Beispiel bei nur kurzzeitig vorhandenem überstrom oder in Kurzschlusssituation nicht unnötig viele Verbraucher auszuschalten.

Heutige Kompaktschalter weisen sowohl einen thermischen als auch einen magnetischen Auslöser auf. Beide Auslöser haben einen Einfluss auf die Auslösekennlinie des Kompaktschalters. Die Auslösekennlinie ist eine Funktion, die angibt, bei welchem Strom in welcher Zeit eine Abschaltung des Kompaktschalters erfolgt.

Dabei ist die Auslösekennlinie im überlastbereich durch den thermischen Auslöser und im Kurzschlussbereich durch den magnetischen Auslöser bestimmt. Die Auslösung im überlastfall erfolgt dadurch, dass durch die überhöhte Stromstärke ein Heizelement erwärmt wird, welches seine Wärme auf ein Bimetall überträgt und dieses aufgrund seiner Längenänderung ei- nen Auslösemechanismus betätigt, wodurch das Schaltschloss des Leistungsschalters entklinkt wird.

Im Kurzschlussfall erzeugt der durch die Stromschiene des Schalters fließende Strom ein Magnetfeld, dessen magnetische Flusslinien durch ein Joch und einen Anker konzentriert werden, so dass die zwischen dem Joch und dem Anker entstehenden Anziehungskräfte ab einer bestimmten Stromhöhe den Anker so stark anziehen, dass Vorspann-Federkräfte überwunden werden. Die Bewegung des Ankers wird auf einen Auslösemechanismus ü- bertragen, der die Entklinkung des Schaltschlosses des Schalters bewirkt.

Es kann vorgesehen sein, dass Sicherungen und Schlossschalter, wie zum Beispiel die oben erwähnten Kompaktschalter in unterschiedlichen Netzebenen einer elektrischen Anlage zum Einsatz kommen sollen. Bei Verwendung von Kompaktschaltern mit thermischen und magnetischen Auslösern besteht dabei das Problem, dass bei bestimmten überlasten oder Kurzschluss-

Situationen eine bestimmte selektive Selbstauslösung der Kompaktschalter nicht gewährleistet ist. Das heißt, dass keine Selektivität zwischen den Kompaktschaltern und den Sicherungen vorhanden ist. Der Grund dafür ist, dass sich die Kennlinien des thermischen Auslösers und des magnetischen Auslösers des Kompaktschalters in einem bestimmten Punkt kreuzen, da der thermische Auslöser, der die Auslösekennlinie des Kompaktschalters bei überlast bestimmt, ab einem bestimmten Strom langsamer als zum Beispiel eine Sicherung aus- schaltet. Bei weiterem Stromstärkeanstieg schaltet der normale magnetische Auslöser schneller als eine Sicherung aus. Es ist somit bei Strömen mit bestimmten Stromstärken nicht gewährleistet, dass Sicherung und Kompaktschalter immer in einer bestimmten Reihenfolge, also in einer bestimmten Selekti- vität, auslösen. Es würde zum Beispiel in der Situation, in welcher der Kompaktschalter langsamer als eine Sicherung ausschaltet, der Kompaktschalter nicht ausgeschaltet werden, sondern zuerst die Sicherung. Dies kann bedeuten, dass eine weiter vom Endverbraucher entfernte Sicherung ausgelöst wird und somit einen unnötig großen Teil des Netzes von der Energieversorgung abschaltet.

Es ergibt sich somit das Problem, die Kennlinien des thermischen und des magnetischen Auslösers eines Kompaktschalters zusammenzuführen, um somit eine Abstimmung von verschiedenen Schaltern und Sicherungen zur Gewährleistung einer Selektivität zu realisieren. Zu diesem Zweck muss entweder die Ansprechzeit durch größere Zusatzmassen und damit Erhöhung des Massenträgheitsmomentes verlängert werden oder die Lösung der Verklinkung muss durch zwischengeschaltete, zeitlich verzögernde Hemmwerke verzögert werden. Daneben gibt es auch die Alternative, einen thermischen Auslöser bei höherem Strom schneller schalten zu lassen.

Es besteht außerdem die Forderung, dass eine Auslösung des Schalters vermieden werden soll, wenn der Störstrom innerhalb einer bestimmten Zeit auf einen festgelegten Wert des Be- triebsstroms zurückgeht. Das heißt, dass bei nur kurzzeitig angeschwollenen Störstrom keine Auslösung erfolgen soll, wenn der Störstrom nur in einem ausreichend kurzen Zeitintervall vorhanden ist.

Verzögerungselemente, die einen magnetischen Auslöser stromabhängig zeitlich verzögern, sind zum Beispiel von Mitsubishi mit dem Hydraulic-Magnetic Type (siehe Mitsubishi-Katalog „Moulded Case Circuit Breakers, Technical Notes", revised publication September 2002, Seite 8 Fig. 3.5) bekannt. In dessen Ausgestaltung wird bei einem überlastfall die Kraft einer Gegendruckfeder durch die magnetische Anzugskraft auf einen Anker überwunden, wodurch eine Armatur bewegt wird, die wiederum auf einen Auslösemechanismus wirkt. Die Verzögerung bei diesem magnetischen Auslöser wird durch öl bewirkt, durch welches ein Kern einer Spule gezogen werden muss.

Eine weitere Verzögerungseinrichtung ist zum Beispiel aus dem Sonderdruck von Einsele, "Starkstromtechnik II", Taschenbuch für Elektrotechniker, Abb. 165, 8. Auflage, Verlag von WiI- heim Ernst und Sohn, Berlin, bekannt. Dort wirkt ein Zeit- Hemmwerk mechanisch auf Auslöseanker, deren Bewegung in eine Antriebsbewegung eines Auslösemechanismus umgesetzt wird.

Generell gilt bei Klappankersystemen, dass bei einem großen öffnungswinkel des Klappankers in Bezug auf die Stromschiene bei Bestromung der Stromschiene nur eine geringe Schließkraft auf den Klappanker wirkt und somit bei Abstützung des Klappankers mit einer Druckfeder zunächst nur eine geringe Ge-

gendruckkraft bei geringem Einfederungsweg des Klappankers überwunden werden muss. Aufgrund der weiten Entfernung des Klappankers von der Stromschiene beziehungsweise vom an der Stromschiene angeordneten Joch werden relativ lange Schließ- zeiten und damit Verzögerungen beim Auslöseprozess realisiert. Wenn dagegen ein nur geringer öffnungswinkel des Ankers im Bezug zur Stromschiene im Ruhezustand des Auslösemechanismus eingestellt ist, wird aufgrund der kurzen Entfernung des Klappankers zur Stromschiene eine große Schließkraft auf den Klappanker ausgeübt und bei bereits eingefederter Gegendruckfeder im Ruhezustand des Klappankers in einer dichten Entfernung zur Stromschiene eine relativ große Gegenkraft von der Gegendruckfeder auf den Klappanker ausgeübt. Aufgrund der geringen Entfernung des Klappankers zur Stromschiene wird ei- ne relativ kurze Schließzeit bei überlast oder Kurzschlussstrom realisiert.

Im US-Patent 5,831,501 ist eine einstellbare Auslöseinheit offenbart, bei der ein Anker in eine Spule zur Betätigung ei- nes Auslösemechanismus eingezogen wird. Der Einzugskraft entgegen wirkt eine Zugfederkraft. Durch die Betätigung eines drehbaren Nocken lässt sich die Ruheposition des Ankers zusammen mit der Anlenkung der Zugfeder verschieben. Das heißt, dass die Position des Ankers in Bezug zur Stromschiene ein- stellbar ist, ohne dabei die Federspannung zu ändern. Diese Ausführung ist allerdings konstruktiv aufwendig und beansprucht einen relativ großen Bauraum.

Im US-Patent 6,956,452 B2 ist ein weiterer Auslösemechanismus beschrieben, bei dem eine Druckfeder der Anziehungskraft auf einen Anker entgegenwirkt. Auch in dieser Ausgestaltung lässt sich der Anker in Bezug auf die Stromschiene verstellen, ohne eine Verstellung der Vorspannkraft der Gegendruckfeder zu be-

wirken. Umgekehrt lässt sich ebenfalls eine Verstellung der Gegendruckkraft der Druckfeder realisieren, ohne die Position des Ankers zur Stromschiene zu verändern. Auch diese Ausgestaltung ist konstruktiv aufwendig und beansprucht Bauraum, der vorteilhaft zur Anordnung von anderen Leistungsschalterteilen vorbehalten bleiben sollte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Auslöser zur Betätigung eines Auslösemechanismus ei- nes Leistungsschalters zur Verfügung zu stellen, der in konstruktiv einfacher Bauweise zuverlässig eine genaue Einstellbarkeit der Auslösestromstärke und ebenfalls Einstellbarkeit einer Auslöseverzögerung bei Beanspruchung von geringem Bauraum realisiert.

Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 beanspruchten magnetischen Auslöser gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des magnetischen Auslösers sind in den Unteransprüchen 2 bis 17 angegeben.

Des Weiteren wird ein Leistungsschalter zur Verfügung gestellt, der den erfindungsgemäßen magnetischen Auslöser aufweist. Außerdem wird die Verwendung des erfindungsgemäßen magnetischen Auslösers sowie ein Verfahren zur Veränderung des Auslöseverhaltens mittels des erfindungsgemäßen magnetischen Auslösers zur Verfügung gestellt.

Es wird somit ein magnetischer Auslöser zur Auslösung eines eine Stromschiene aufweisenden Leistungsschalters zur Verfü- gung gestellt, wobei der magnetische Auslöser einen beweglichen Anker zur Betätigung eines Auslösemechanismus aufweist und wobei der Anker derart im Leistungsschalter angeordnet werden kann, dass er bei Stromschluss in der Stromschiene mit

einer zwischen der Stromschiene und dem Anker herrschenden elektromagnetischen Anziehungskraft beaufschlagt ist. Der magnetische Auslöser weist des Weiteren eine der elektromagnetischen Anziehungskraft mit einer Gegenkraft entgegenwir- kenden Federeinrichtung zur Abstützung des Ankers auf, wobei jeweils der Anker und die Federeinrichtung ein Gleitelement aufweisen und der Abstand des Ankers zur Stromschiene unter Beibehaltung des zur Einfederung des Ankers zur Verfügung stehenden Federweges der Federeinrichtung einstellbar ist. Der magnetische Auslöser umfasst des Weiteren eine verschiebbare Verstelleinrichtung, die mindestens zwei dieselbe Neigungsrichtung aufweisende schräge Gleitflächen aufweist. Je eine der Gleitflächen liegt an einem der Gleitelemente von Anker und Federeinrichtung an, so dass sich bei Verschiebung der Verstelleinrichtung ebenfalls der Anker und die Federeinrichtung gleichzeitig verschieben und ihr Abstand zur Stromschiene geändert wird.

Die Einstellung des Abstandes des Ankers relativ zur Strom- schiene wird bevorzugt in dem Zustand vorgenommen, in dem der Anker nicht mit einer die Einfederung der Federeinrichtung bewirkenden elektromagnetischen Kraft beaufschlagt ist. Das heißt, dass der Abstand des Ankers zur Stromschiene in dem Schalterzustand definiert wird, in dem durch die Stromschiene kein überhöhter Strom und kein Kurzschlussstrom fließt.

Der Anker sowie auch die Federeinrichtung bilden Gleitelemente aus, an welche die Verstelleinrichtung mit ihren schrägen Gleitflächen angreift. Die Federeinrichtung wirkt abstüt- zend auf den Anker. Das Gleitelement an der Federeinrichtung ist in Richtung der Kraftwirkung der Federn an der der Verbindung mit dem Anker entgegengesetzten Seite angeordnet. Die Federeinrichtung kann dabei derart zwischen dem Anker und ei-

ner schrägen Gleitfläche der Verstelleinrichtung angeordnet sein, dass sie unter Vorspannung steht oder dass sie aufgrund einer einfachen Anlage der schrägen Gleitfläche der Verstelleinrichtung am Anker oder sogar durch einen geringen Abstand zwischen Anker und der schrägen Gleitfläche der Verstelleinrichtung unbelastet ist.

Eine Verschiebung der Verstelleinrichtung bewirkt, dass deren erste schräge Gleitfläche auf das Gleitelement des Ankers drückt und bei geringer Federrate der Federeinrichtung diese um einen geringen Weg zusammen drückt, so dass neben der Gewichtskraft der Federeinrichtung auch die Federkraft der Federeinrichtung auf die Schräge an der Verstelleinrichtung ausgeübt wird, auf der die Federeinrichtung mit ihrem Gleit- element aufliegt. Bei einer derart weiten Verschiebung der

Verstelleinrichtung, dass durch die erste schräge Gleitfläche der Anker nach unten gedrückt wird, verschiebt sich auch die andere, nämlich die zweite schräge Gleitfläche an der Verstelleinrichtung und bewirkt somit beim Bewegen des Ankers in Richtung Stromschiene auch eine Verlagerung der Federeinrichtung aufgrund ihrer Schwerkraft und die in der Federeinrichtung herrschende Federkraft in Richtung Stromschiene, so dass das Potential der Feder, einen bestimmten Weg einzufedern und gemäß dem Federweg entsprechend der Federwarte eine Gegen- druckkraft auf den Anker auszuüben, in jeder der Einstellpositionen des Ankers relativ zur Stromschiene gleich bleibt. Wichtig ist dabei, dass die schrägen Gleitflächen im Wesentlichen die gleiche Neigungsrichtung haben, womit nicht unbedingt der exakt gleiche Neigungswinkel gemeint ist, sondern bei Beschreibung der Gleitflächen als mathematische Funktionen eine übereinstimmung im Vorzeichen des Anstieges.

Es gilt auch in diesem Klappankersystem, wie oben bereits beschrieben, der grundsätzliche Zusammenhang zwischen dem Abstand des Ankers von der Stromschiene und der Stromstärke, bei der durch die Ankerbewegung eine Auslösung bewirkt werden kann. Das heißt, je weiter der Anker von der Stromschiene entfernt ist, umso schwächer ist die Anziehungskraft auf den Anker und umso später erfolgt die Auslösung. Außerdem gilt, dass je weiter der Anker von der Stromschiene entfernt ist, der Strom zur Auslösung umso größer sein muss. Durch die Ver- Stellmöglichkeit der Position des Ankers zusammen mit der Gegendruckfeder lässt sich der Abstand zwischen Anker und Stromschiene verringern, ohne eine Vorspannung in der Federeinrichtung zu erzeugen beziehungsweise zu erhöhen. Das heißt, dass trotz Annäherung des Ankers an die Stromschiene keine erhöhte Gegendruckkraft überwunden werden muss, um den Auslösemechanismus zu betätigen. Es lässt sich eine Verzögerung der Auslösung dadurch erreichen, dass der Anker im Ruhezustand weiter von der Stromschiene entfernt wird, ohne dabei eine vorher eingestellte Federvorspannung zu verringern be- ziehungsweise aufzuheben.

Insgesamt lässt sich bei der Erfindung Einfluss nehmen auf die Schließkraft, auf die Gegendruckkraft und auf die Schließzeit, durch die Einstellung des Abstandes des Ankers von der Stromschiene. Die Erhöhung der Schließzeit wird insbesondere dadurch bewirkt, dass der Anker einen größeren Abstand von der Stromschiene aufweist und aufgrund seines Massenträgheitsmomentes bei Rotationsbewegung für den bis zur Erreichung der Auslöseposition zurückzulegenden Weges eine größere Zeit benötigt als bei dichter an der Stromschiene angeordneter Ausgangsposition. Diese Verzögerung im Auslösepro- zess bewirkt, dass bei kurzzeitiger Anschwellung eines Stör-

Stromes innerhalb eines begrenzten Zeitintervalls keine Auslösung stattfindet.

Durch die Verschiebung der Verstelleinrichtung ist es mög- lieh, die Kraft in der Federeinrichtung, die durch die Gegendruckfeder bewirkt wird, immer konstant zu halten, dagegen aber den Abstand des Ankers zur Stromschiene zu variieren, so dass durch die unterschiedlichen Abstände der Stromschiene zum Anker unterschiedlich starke Anziehungskräfte auf diesen wirken. Die gegen die Anziehungskraft von der Federeinrichtung bewirkte Kraft ist dabei immer dieselbe, so dass die Auslösekraft beziehungsweise das Auslösemoment sehr genau einstellbar sind.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die optimale Raumaus- nutz ^' ung im kompakten Leistungsschaltergehäuse, der normalerweise einen nur sehr stark eingeschränkten Raum für die Auslöseeinheit zur Verfügung stellt. Durch die Anordnung der Verstelleinrichtung hinter der Stromschiene wird der im Leis- tungsschalter zur Verfügung stehende Bauraum optimal ausgenutzt, so dass wenig Bauteile im Bereich der Handhabe oder des Auslösemechanismus angeordnet werden müssen.

Es ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Anker ein Klappanker ist. Dieser ist einseitig drehbar im Leistungsschaltergehäuse gelagert und sein Gleitelement ist bevorzugt auf der der Lagerung entgegengesetzten Seite angeordnet. Ein derartig ausgestatteter magnetischer Auslöser ist damit ein so genannter Klappankermagnet .

Zur Erhöhung der elektromagnetischen Anziehungskraft zwischen Stromschiene und Anker ist des Weiteren vorgesehen, dass der magnetische Auslöser ein Joch umfasst, welches derart an der

Stromschiene positionierbar ist, dass es zusammen mit der Stromschiene bei Stromfluss in der Stromschiene ein Magnetfeld aufbaut, dessen Anziehungskraft auf den Anker wirkt.

Des Weiteren ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung im Wesentlichen eine C-Form aufweist, bei der die schrägen Gleitflächen an den Enden der Schenkel der C-Form angeordnet sind. In einer einfachen Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass die schrägen Gleitflächen bevor- zugt linear ausgeführt sind, beziehungsweise dass sie in Richtung der Gleitbewegung einen linearen Verlauf haben.

Es wird somit ein magnetischer Auslöser zur Auslösung eines eine Stromschiene aufweisenden Leistungsschalters zur Verfü- gung gestellt, wobei der magnetische Auslöser einen beweglichen Anker zur Betätigung eines Auslösemechanismus aufweist und wobei der Anker derart im Leistungsschalter angeordnet werden kann, dass er bei Stromschluss in der Stromschiene mit einer zwischen der Stromschiene und dem Anker herrschenden elektromagnetischen Anziehungskraft beaufschlagt ist. Der magnetische Auslöser weist des Weiteren eine der elektromagnetischen Anziehungskraft mit einer Gegenkraft entgegenwirkenden Federeinrichtung zur Abstützung des Ankers auf, wobei jeweils der Anker und die Federeinrichtung ein Gleitelement aufweisen und der Abstand des Ankers zur Stromschiene unter Beibehaltung des zur Einfederung des Ankers zur Verfügung stehenden Federweges der Federeinrichtung einstellbar ist. Der magnetische Auslöser umfasst des Weiteren eine verschiebbare Verstelleinrichtung, die mindestens zwei dieselbe Nei- gungsrichtung aufweisende schräge Gleitflächen aufweist. Je eine der Gleitflächen liegt an einem der Gleitelemente von Anker und Federeinrichtung an, so dass sich bei Verschiebung der Verstelleinrichtung ebenfalls der Anker und die Federein-

richtung gleichzeitig verschieben und ihr Abstand zur Stromschiene geändert wird. Es ist dabei vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung im Wesentlichen eine C-Form aufweist, bei der die schrägen Gleitflächen an den Enden der Schenkel der C-Form angeordnet sind.

Dabei sollte die Verstelleinrichtung derart im magnetischen Auslöser angeordnet sein, dass die durch die Federeinrichtung und eine erste schräge Gleitfläche der Verstelleinrichtung bewirkten Kraftangriffspunkte am Anker entlang der Längserstreckung der Stromschiene ausgerichtet sind und die Verstelleinrichtung die Stromschiene, den Anker und die Federeinrichtung seitlich umfasst. Damit wird der Bauraum seitlich der Stromschiene optimal ausgenutzt und bis auf die Anordnung der Federeinrichtung der Bauraum zwischen dem Anker und der Stromschiene zur Anordnung weiterer Leistungsschalterteile freigelassen .

Zur synchronen Bewegung von Anker und Federeinrichtung ist vorgesehen, dass die beiden schrägen Gleitflächen an der Verstelleinrichtung parallel zueinander ausgeführt sind.

Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die beiden schrägen Gleitflächen winklig zueinander ausgeführt sind. Damit lässt sich bei Verschiebung der Verstelleinrichtung eine a- synchrone Bewegung vom Anker und vom Unterteil der Federeinrichtung bewirken, so dass sich das Längenabmaß der Federeinrichtung bei Verschiebung der Verstelleinrichtung ebenfalls ändert, sofern die Federeinrichtung unter Vorspannung steht oder beim Verschiebeprozess zusammengedrückt wird.

In einer weiteren besonderen Ausgestaltung kann vorgesehen werden, dass wenigstens eine der schrägen Gleitflächen der

Verstelleinrichtung konkav oder konvex ausgestaltet ist. Dadurch lässt sich insbesondere auf das Bewegungsverhalten des Klappankers bei unterschiedlichen Federraten im in der Federeinrichtung aufgenommenen Federpaket Einfluss nehmen.

Es kann nämlich vorgesehen sein, dass die Federeinrichtung mindestens eine zwischen den eigenen Gleitelementen und der Anlage am Anker angeordnete Druckfeder zur Abstützung des Ankers oder auch ein in Reihe angeordnetes Druckfederpaket auf- weist, bei dem die aneinander anliegenden Druckfedern entgegengesetzt gewickelt sind. Das heißt, dass im Federpaket die als Spiralfedern ausgeführten Druckfedern entgegengesetzt ausgerichtete Steigungen aufweisen. Bevorzugt ist dabei die weicheste Feder, also die Feder mit der geringsten Federrate, an dem Ende des Federpakets anzuordnen, welches am Anker anliegt .

Es wird somit ein magnetischer Auslöser zur Auslösung eines eine Stromschiene aufweisenden Leistungsschalters zur Verfü- gung gestellt, wobei der magnetische Auslöser einen beweglichen Anker zur Betätigung eines Auslösemechanismus aufweist und wobei der Anker derart im Leistungsschalter angeordnet werden kann, dass er bei Stromschluss in der Stromschiene mit einer zwischen der Stromschiene und dem Anker herrschenden elektromagnetischen Anziehungskraft beaufschlagt ist. Der magnetische Auslöser weist des Weiteren eine der elektromagnetischen Anziehungskraft mit einer Gegenkraft entgegenwirkende Federeinrichtung zur Abstützung des Ankers auf, wobei jeweils der Anker und die Federeinrichtung ein Gleitelement aufweisen und der Abstand des Ankers zur Stromschiene unter Beibehaltung des zur Einfederung des Ankers zur Verfügung stehenden Federweges der Federeinrichtung einstellbar ist. Der magnetische Auslöser umfasst des Weiteren eine verschieb-

bare Verstelleinrichtung, die mindestens zwei dieselbe Neigungsrichtung aufweisende schräge Gleitflächen aufweist. Je eine der Gleitflächen liegt an einem der Gleitelemente von Anker und Federeinrichtung an, so dass sich bei Verschiebung der Verstelleinrichtung ebenfalls der Anker und die Federeinrichtung gleichzeitig verschieben und ihr Abstand zur Stromschiene geändert wird. Dabei umfasst die Federeinrichtung mindestens eine zwischen den eigenen Gleitelementen und der Anlage am Anker angeordnete Druckfeder oder ein Federpaket zur Abstützung des Ankers.

Wenn im Folgenden der Begriff Feder oder Druckfeder verwendet wird, ist damit nicht nur eine einzelne Feder gemeint, sondern es kann auch die Anwendung eines oben beschriebenen Fe- derpaketes bezeichnet sein.

Die Federeinrichtung umfasst vorteilhafterweise wenigstens zwei zueinander koaxial ausgerichtete und auf ihrer Längsachse zueinander verschiebbare Hohlzylinder, in deren Endbe- reichen sich die Feder abstützt. Dabei kann zum Beispiel der zweite Hohlzylinder einen kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des ersten Hohlzylinders aufweisen, wodurch ein Einfahren des zweiten Hohlzylinders in den ersten Hohlzylinder teleskopartig ermöglicht wird.

Es ist dabei vorgesehen, dass beide Hohlzylinder zusammen eine Verschiebebegrenzung ausbilden, die eine Entfernung der beiden Hohlzylinder voneinander über einen bestimmten Maximalwert hinaus verhindert. Diese Verschiebebegrenzung kann nach Art eines Bajonettverschlusses ausgeführt sein, wobei nach außen vorstehende Laschen am Umfang des ersten Hohlzylinders an einem nach innen gerichteten Absatzstück des zweiten Hohlzylinders in der Maximalentfernung zur Anlage kommen.

Damit wird eine Montage wie bei einem Bajonettverschluss erleichtert, insbesondere bei Federvorspannung. Alternativ zu dieser Ausführung kann allerdings auch ein umlaufender, nach außen gerichteter Absatz des ersten Hohlzylinders an einem nach innen gerichteten umlaufenden Absatz des zweiten Hohlzylinders in der Maximalentfernung zur Anlage kommen. In dieser Ausgestaltung erfolgt eine Montage der beiden Hohlzylinder nur durch das Einschieben des einen Hohlzylinders in den anderen Hohlzylinder.

In einer speziellen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Feder der Federeinrichtung in den beiden Hohlzylindern vorgespannt angeordnet ist. Durch die Vorspannung der Feder beziehungsweise des Federpakets werden die Hohlzylinder in dem Zu- stand des Leistungsschalters, in dem er nicht einem überhöhtem Strom ausgesetzt ist, immer bis zu ihrer Maximalentfernung auseinander geschoben.

Zur Feinjustierung der Federvorspannung ist an wenigstens ei- nem der Zylinder stirnseitig eine Einstellschraube zur Einwirkung auf die Feder vorgesehen. Die Einstellschraube ist vorzugsweise in dem am Anker anliegenden Hohlzylinder angeordnet. In der konstruktiven Ausgestaltung, in der keine Einstellschraube in der Federeinrichtung angeordnet ist, liegt die Feder an den inneren Absätzen der Hohlzylinder an.

Zur Abstützung des Ankers durch die Federeinrichtung weist der am Anker anliegende erste Hohlzylinder wenigstens zwei aus der Wandung herausgebogene Stützlaschen auf. Durch die Aufnahme der Stützlaschen in komplementären Ausformungen im Anker wird dadurch eine Verdrehsicherung des Hohlzylinders realisiert.

Vorzugsweise weist der an der Verstelleinrichtung anliegende zweite Hohlzylinder der Federeinrichtung wenigstens zwei aus der Wandung des Hohlzylinders in den Hohlraum hinein gebogene Stützlaschen zur Abstützung der Feder und zur Ausbildung des Gleitelementes an der Federeinrichtung auf. Die Stützlaschen stützen dabei die Feder ab und nehmen die vom Anker und/oder der Einstellschraube auf die Feder aufgebrachten Kräfte auf. Gleichzeitig wird dabei das Gleitelement zum Gleiten auf der schrägen Gleitfläche der Verstelleinrichtung realisiert.

Zur oben genannten Realisierung der Verdrehsicherung weist der Anker eine Mehrzahl von komplementär zu den nach außen vorstehenden Stützlaschen des ersten Hohlzylinders ausgestaltete Einkerbungen auf. Diese Einkerbungen sind dabei bevor- zugt parallel zueinander angeordnet, wodurch sich bei Aufnahme der Stützlaschen in unterschiedlichen Einkerbungen unterschiedliche Hebelarme für den Angriffspunkt der Kraft der Federeinrichtung und damit unterschiedliche Drehmomente für die Gegenkraft realisieren lassen. Es lässt sich somit ein- stellen, bei welchen Stromstärken in der Stromschiene die Auslösung erfolgen soll. Durch die mehrstufige Grobvoreinstellung mittels dieser Rastungen im Klappanker lässt sich die Erfindung in Schaltern für unterschiedlich hohe Nennströme einsetzen beziehungsweise diesen anpassen.

Es wird des Weiteren ein selbstauslösender Leistungsschalter zur Verfügung gestellt, der eine Stromschiene und einen erfindungsgemäßen magnetischen Auslöser aufweist. Außerdem wird die Verwendung des erfindungsgemäßen magnetischen Auslösers zur Betätigung eines Auslösemechanismus eines eine Stromschiene umfassenden Leistungsschalters zur Verfügung gestellt.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Veränderung des Auslöseverhaltens eines erfindungsgemäßen magnetischen Auslösers, bei dem durch Verschiebung der Verstelleinrichtung der Abstand des Ankers und der Federeinrichtung zur Stromschiene geändert wird und/oder durch Verdrehung der Einstellschraube die Federvorspannung in der Federeinrichtung geändert wird und/oder durch Einrasten der Stützlaschen in unterschiedliche Einkerbungen im Anker der Hebelarm für die durch die Federeinrichtung bewirkende Gegenkraft verändert wird.

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 einen erfindungsgemäßen magnetischen Auslöser mit

Stromschiene in perspektivischer Darstellung in Position maximaler öffnung,

Figur 2 den in Figur 1 dargestellten magnetischen Auslöser in Ansicht von vorn,

Figur 3 einen erfindungsgemäßen magnetischen Auslöser in perspektivischer Darstellung mit Stromschiene mit eingeschränktem öffnungswinkel,

Figur 4 den in Figur 3 dargestellten magnetischen Auslöser in Ansicht von vorn,

Figur 5 eine Schnittdarstellung durch den erfindungsgemäßen magnetischen Auslöser mit Stromschiene in Position maximaler öffnung,

Figur 6 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen magnetischen Auslösers mit Stromschiene mit eingeschränktem öffnungswinkel,

Figur 7 eine perspektivische Darstellung einer Federeinrichtung,

Figur 8 eine weitere perspektivische Darstellung der Federeinrichtung,

Figur 9 eine Schnittdarstellung einer Federeinrichtung,

Figur 10 eine perspektivische Darstellung eines Ankers des erfindungsgemäßen magnetischen Auslösers und

Figur 11 die Verbindungsstelle zwischen Federeinrichtung und Anker in perspektivischer Darstellung.

In Figur 1 ist in perspektivischer Ansicht ein erfindungsge- mäßer magnetischer Auslöser dargestellt. Dieser Auslöser ist an einer Stromschiene 1 angeordnet. Die Stromschiene 1 ist abschnittsweise von einem Joch 2 zur Verstärkung der magnetischen und auf den als Klappanker ausgeführten Anker 100 wirkenden Kräfte umgeben. Der Anker 100 ist mittels einer Dreh- lagerung 110 an der Stromschiene 1 oder dem Leistungsschaltergehäuse gelagert. Durch die Stromschiene 1 ist die zwei Hohlzylinder 220, 230 umfassende Federeinrichtung 200 hindurchgeführt. Die Federeinrichtung 200 stützt sich auf einer zweiten schrägen Gleitfläche 320 der Verstelleinrichtung 300 ab. Diese C-förmig ausgestaltete Verstelleinrichtung 300 ura- fasst seitlich die Stromschiene 1 und liegt mit ihrer ersten schrägen Gleitfläche 310 an einem Gleitelement 120 am Anker 100 an. Die in Figur 1 dargestellte Position des Ankers 100

relativ zur Stromschiene 1 entspricht somit dem Zustand des magnetischen Auslösers, indem dieser einen maximalen öffnungswinkel hat und keinem überlast- beziehungsweise Kurzschlussstrom in der Stromschiene 1 ausgesetzt ist. Die Feder 210 beziehungsweise das Federpaket in der Federeinrichtung 200 drückt den ersten Hohlzylinder 220 der Federeinrichtung 200 gegen den Anker 100, wodurch sich dessen Gleitelement 120 an der ersten schrägen Gleitfläche 310 beziehungsweise in Maximalposition an dem Absatz 340 an der Verstelleinrichtung 300 anlegt. Somit ist der maximale öffnungswinkel des Ankers 100 in Bezug zur Stromschiene 1 definiert. Bei Auftreten eines überlaststromes beziehungsweise eines Kurzschlussstromes in der Stromschiene 1 bilden sich durch die Anordnung des Jochs 2 magnetische Kräfte aus, die eine Anziehung des Ankers 100 in Richtung Stromschiene 1 bewirken. Dies führt zu einem Drehmoment auf den Anker 100 um die Drehlagerung 110. Dadurch, dass die sich auf der zweiten schrägen Gleitfläche 320 der Verstelleinrichtung 300 abstützende Federeinrichtung 200 den Anker 100 von unten abstützt, wird eine Gegendruckkraft beziehungsweise ein Gegenmoment zur Anziehungskraft auf den Anker 100 ausgeübt. Dies führt dazu, dass sich der Anker 100 nur bei entsprechend großen, die Federgegenkräfte überwindenden Anziehungskräften, die von der Stromschiene 1 und dem Joch 2 ausgeübt werden, so weit der Stromschiene 1 nähern kann, dass er einen Auslösemechanismus, wie zum Beispiel die Entklinkung eines Schaltschlosses, bewirken kann.

Die konkrete Anordnung der Verstelleinrichtung 300 und der Federeinrichtung 200 im magnetischen Auslöser, der auf einen maximalen öffnungswinkel eingestellt ist und nicht einem ü- berlast- beziehungsweise Kurzschlussstrom ausgesetzt ist, ist deutlich aus Figur 2 ersichtlich. Dabei ist erkennbar, dass das Gleitelement 120 am Anker 100 an dem Absatz 340 der Ver-

Stelleinrichtung 300 zur Anlage gebracht ist. Der zweite Hohlzylinder 230 der Federeinrichtung 200 stützt sich dabei auf der zweiten schrägen Gleitfläche 320 der Verstelleinrichtung 300 ab. Die im zweiten Hohlzylinder 230 angeordnete Fe- der 210 beziehungsweise das dort angeordnete Federpaket drückt gegen den ersten Hohlzylinder 220 der Federeinrichtung 200, so dass diese den Anker 100 von unten abstützt.

In den Figuren 3 und 4 ist ein verstellter erfindungsgemäßer magnetischer Auslöser dargestellt. Die Verstellung des magnetischen Auslösers ist dadurch erfolgt, dass die Verstelleinrichtung 300 seitlich derart bewegt wurde, so dass die erste schräge Gleitfläche 310 der Verstelleinrichtung 300 aufgrund der seitlichen Bewegung und Gleitung auf dem Gleitelement 120 am Anker 100 diesen Anker 100 nach unten gedrückt hat. Durch die seitliche Verschiebung der Verstelleinrichtung 300 wurde allerdings auch die zweite schräge Gleitfläche 320 derart verschoben, dass der zweite Hohlzylinder 230 von der zweiten schrägen Gleitfläche 320 auf die an der Unterseite der Ver- Stelleinrichtung 300 befindliche Auflagefläche 330 gelangt ist. Das bedeutet, dass sich zwar durch die Verschiebung der Verstelleinrichtung 300 die Position des Ankers 100 zur Stromschiene 1 verändert hat, aber die Längenausdehnung der Federeinrichtung 200 beibehalten wurde. Selbst in dem Fall, dass die Federeinrichtung 200 eine vorgespannte Feder 210 enthält, ist es dem Anker 100 in der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Einstellung des magnetischen Auslösers nicht möglich, sich weiter von der Stromschiene 1 zu entfernen, weil die erste schräge Gleitfläche 310 der Verstelleinrich- tung 300 den Anker 100 an dessen Gleitelement 120 in einer bestimmten Position relativ zur Stromschiene 1 festhält. Bei Auftreten eines überlast- beziehungsweise Kurzschlussstroms in der Stromschiene 1 kann somit der näher an die Strom-

schiene 1 herangeführte Anker 100 schneller eine Auslösebewegung vollziehen, ohne dabei gegen eine bereits um den Verstellweg der Federeinrichtung 200 vorgespannte Federeinrichtung 200 arbeiten zu müssen. Das heißt, in der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Einstellung des magnetischen Auslösers kann eine Auslösung wesentlich schneller erfolgen als bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Position des Ankers 100.

Es ist dabei selbstverständlich, dass nicht nur eine Verstel- lung des Auslösemechanismus von einem weit von der Stromschiene 1 entfernten Anker 100 zu einer Position, in der der Anker 100 dicht an der Stromschiene 1 angeordnet ist, erfolgen kann, sondern dass auch in umgekehrter Art und Weise eine Verstellung eines dicht an der Stromschiene 1 angeordneten Ankers 100 zu einer Stellung des Ankers 100, in welcher sich dieser in einer weiteren Entfernung von der Stromschiene 1 befindet, vorgenommen werden kann. Bei jeder dieser genannten Verstellungen bleibt die durch die Federeinrichtung 200 bewirkte Gegendruckkraft in Abhängigkeit vom zurückgelegten Fe- derweg gleich. Es lässt sich somit optimal der Auslösestrom einstellen, der notwendig ist, um den Anker 100 in eine derartige Position zu bewegen, in der dieser einen Auslösemechanismus betätigen kann. Des Weiteren lässt sich durch weitere Entfernung des Ankers 100 von der Stromschiene 1 eine Verzö- gerung des Ankers 100 in seiner Schwenkbewegung einstellen, da es durch die Vergrößerung des Weges von der Ausgangslage des Ankers 100 bis zu der Position, in der er einen Auslösemechanismus betätigen kann, einer längeren Zeit bedarf.

In den Figuren 5 und 6 ist der erfindungsgemäße magnetische Auslöser in Schnittdarstellungen gezeigt, wobei in Figur 5 die Position des Ankers 100 dargestellt ist, in der er in einer weiteren Entfernung zur Stromschiene 1 und zum Joch 2

eingestellt ist. In Figur 6 ist er in einer kürzeren Entfernung zur Stromschiene 1 und zum Joch 2 eingestellt. In den Figuren 5 und 6 ist dabei die Verstelleinrichtung 300 nur mit ihrer Auflagefläche 330 dargestellt sowie in Figur 5 mit dem Absatz 340 sowie in Figur 6 mit der ersten schrägen Gleitfläche 310 in Schnittdarstellung angedeutet.

In den Figuren 7 bis 9 ist die Federeinrichtung 200 des magnetischen Auslösers dargestellt. Figur 7 zeigt dabei eine perspektivische Ansicht von oben, in der deutlich der erste Hohlzylinder 220 und der zweite Hohlzylinder 230 erkennbar sind. Es ist ersichtlich, dass sich in den beiden Hohlzylin- dern 220, 230 eine Druckfeder 210 befindet. Der erste Hohlzylinder 220 weist an seinem oberen Ende aus seiner Wandung herausgebogene Stützlaschen 222 auf.

In Figur 7 ist dieselbe Federeinrichtung 200 in perspektivischer Ansicht von unten dargestellt, wobei ebenfalls die beiden ersten und zweiten Hohlzylinder 220, 230 erkennbar sind und wobei außerdem ersichtlich ist, dass sich die Druckfeder 210 auf zwei in den Hohlraum des zweiten Hohlzylinders 230 hineingebogenen Stützlaschen 233 abstützt.

Durch die in Figur 8 dargestellten, in den Hohlraum des zwei- ten Hohlzylinders 230 hinein gebogenen Stützlaschen 233 wird gleichzeitig das Gleitelement an der Federeinrichtung 234 realisiert. Das heißt, dass die Flächen der hineingebogenen Stützlaschen 233 als Gleitflächen auf der zweiten schrägen Gleitfläche 320 der Verstelleinrichtung 300 genutzt werden.

In Figur 9 ist die Federeinrichtung 200 in einer Schnittdarstellung dargestellt. Ersichtlich ist dabei, dass der erste Hohlzylinder 220 einen geringeren Außendurchmesser als der

Innendurchmesser des zweiten Hohlzylinders 230 aufweist. In der Federeinrichtung 200 befindet sich eine Druckfeder 210, die in alternativer Ausgestaltung auch als Federpaket ausgeführt sein kann. Die Feder 210 stützt sich auf den in den Hohlraum des zweiten Hohlzylinders 230 hineingebogenen Stützlaschen 233 ab. Eine Vorspannung erhält die Druckfeder 210 durch die am Ende des ersten Hohlzylinders 220 angeordnete Einstellschraube 223, mit der eine Feinjustierung der Federvorspannung vorgenommen werden kann. Um ein Auseinanderschie- ben der beiden Hohlzylinder 220, 230 über einen maximalen

Wert hinaus zu verhindern, weist der erste Hohlzylinder 220 nach außen vorstehende Laschen am Umfang 221 auf, die bei maximal ausgefahrener Position des ersten Hohlzylinders 220 in Bezug auf den zweiten Hohlzylinder 230 an dessen nach innen gerichtetem Absatzstück 231 zur Anlage kommen. Das nach innen gerichtete Absatzstück 231 des zweiten Hohlzylinders 230 sowie die nach außen vorstehenden Laschen am Umfang 221 des ersten Hohlzylinders 220 bilden somit eine Verschiebebegrenzung 232 für die beiden Hohlzylinder 220 und 230 aus.

Mit der Einstellschraube 232 kann wie erwähnt die Vorspannung der Druckfeder 210 in der Federeinrichtung 200 variiert werden. Somit ist in einfacher Art und Weise die Gegendruckkraft beziehungsweise das Gegenmoment, welches der elektromagneti- sehen Anziehungskraft auf den Anker 100 entgegenwirkt, einstellbar. Die Verstellung der Einstellschraube 223 derart, dass die Feder 210 unter einer hohen Vorspannung steht, bewirkt eine Erhöhung des Gegenmomentes auf den Anker 100. Umgekehrt wird bei Herausschrauben der Einstellschraube 223 aus dem ersten Hohlzylinder 220 die Druckfeder 210 entlastet, so dass das Gegenmoment auf den Anker 100 verringert wird und somit eine Bewegung des Ankers 100 in Richtung Stromschiene 1

leichter möglich ist als bei einer stark vorgespannten Druckfeder 210.

Zur Ermöglichung einer Grob-Voreinstellung der Auslösezeit- punkte bei überlast- beziehungsweise Kurzschlussströmen sind wie in den Figuren 10 und 11 gezeigt Rastpositionen am Anker 100 angeordnet, die in Form von Einkerbungen 130 im Anker 100 vorgesehen sind. Die Einkerbungen 130 sind dabei parallel zueinander ausgeführt und haben einen unterschiedlichen Abstand zur Drehlagerung 110. Wie in Figur 11 dargestellt, lassen sich die herausgebogenen Stützlaschen 222 am ersten Hohlzy- linder 220 in die Einkerbungen 130 im Anker 100 einlegen und somit der Abstand des Kraftangriffspunkt der Federeinrichtung 200 in Bezug auf die Drehlagerung 110 des Ankers 100 einstel- len. Je weiter der erste Hohlzylinder 220 von der Drehlagerung entfernt ist, umso größer ist das durch die Feder bewirkte Gegenmoment auf den Anker 100. Die Feineinstellung mittels der Einstellschraube 223 kann dabei trotzdem noch vorgenommen werden, da der Anker 100 zwischen den Einkerbun- gen 130 eine Aussparung aufweist, durch die der erste Hohlzylinder 220 mit der Einstellschraube 223 hindurchragen kann.

Bezugszeichenliste

1 Stromschiene

2 Joch

100 Anker

110 Drehlagerung

120 Gleitelement am Anker

130 Einkerbungen

200 Federeinrichtung

210 Druckfeder

220 erster Hohlzylinder

221 nach außen vorstehende Laschen am Umfang 222 herausgebogene Stützlaschen

223 Einstellschraube

230 zweiter Hohlzylinder

231 nach innen gerichtetes Absatzstück 232 Verschiebebegrenzung

233 hineingebogene Stützlaschen

234 Gleitelement an der Federeinrichtung

300 Verstelleinrichtung 310 erste schräge Gleitfläche

320 zweite schräge Gleitfläche

330 Auflagefläche

340 Absatz