Beschreibung

Magnetische Auslösevorrichtung für ein elektrisches Schaltge ^¬ rät

Die Erfindung betrifft eine magnetische Auslösevorrichtung für ein elektrisches Schaltgerät. Insbesondere betrifft die Erfindung eine magnetische Auslösevorrichtung für ein elektrisches Schaltgerät, mit einem magnetischen Auslöseanker, der zum Betätigen einer Schaltmechanik im Kurzschlussfall unter der Wirkung einer durch ein stromabhängiges Magnetfeld erzeugten Magnetkraft von einer öffnungsstellung in eine Auslösestellung überführbar ist, und mit einem Federelement, wel ^¬ ches den Auslöseanker entgegen der Magnetkraft in seiner öff- nungsstellung hält, sofern kein Kurzschluss vorliegt.

Derartige Auslösevorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein Auslösen im Falle eines Kurzschlusses erfolgt dabei je nach Bauart entweder verzögerungslos oder aber - wenn eine Selektivität gewünscht ist - kurzzeitverzögert . Se ^¬ lektiv arbeitende Systeme werden immer dann benötigt, wenn übergeordnete und untergeordnete Schaltgeräte für einen si ^¬ cheren Anlagenschutz eingesetzt werden sollen. Von Nachteile bei selektiven Auslösevorrichtungen ist es jedoch, dass dafür aufwändige konstruktive Lösungen notwendig sind, welche die Herstellung der Schaltgeräte verteuern.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine konstruktiv einfache Lösung zum Erreichen einer Selektivität bei Schaltgeräten anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch eine Auslösevorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Danach ist es vorgesehen, das Federelement derart auszubilden, dass die Zeitdauer der überführung des Auslöseankers in seine Auslösestellung im Kurzschlussfall von der Höhe des Kurzschlussstromes abhängt, wobei das Federele ^¬ ment hierzu in Verbindung mit einer beweglichen trägen Masse

steht. Mit der vorliegenden Erfindung wird somit eine bedingte Zeitverzögerung bei einem magnetischen Auslöser möglich.

Eine Kernidee der Erfindung ist es, im Kurzschlussfall eine bedingt verzögerte Auslösung mit konstruktiv sehr einfachen Mitteln zu erreichen. Hierzu wird das Federelement, welches den Auslöseanker entgegen der wirkenden Magnetkraft in seiner öffnungsstellung hält, mit einer trägen Masse gekoppelt, so dass sich ein kombiniertes Feder-Masse-System ergibt. Die Ei- genschaften dieses Feder-Masse-Systems bewirken eine defi ^¬ nierte Selektivität bei sicherer Auslösecharakteristik. Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen können bessere Selektivitätswerte verwirklicht werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Auslöseanker im Kurzschlussfall bei einem Kurzschlussstrom unterhalb eines bestimmten Stromgrenzwertes erst nach einer

Bewegung der trägen Masse - und damit zeitverzögert - in sei ^¬ ne Auslösestellung überführbar. Mit anderen Worten ist der Auslöser bei vergleichsweise geringen Kurzschlussströmen bis zu diesem Stromgrenzwert selektiv. Dabei gilt: Je höher der Strom, desto geringer die Zeitverzögerung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Auslöseanker im Kurzschlussfall bei einem Kurzschlussstrom oberhalb eines bestimmten Stromgrenzwertes in seine Auslösestellung überführbar, ohne dass zuvor eine Bewegung der trägen Masse erforderlich ist. Mit anderen Worten erfolgt das Auslösen beim überschreiten des Stromgrenzwertes, d.h. bei hohen Kurzschlussströmen, unmittelbar und nahezu ohne Zeitverzögerung.

Durch einfache konstruktive änderungen bei Federelement und träger Masse kann der für das Auslöseverhalten relevante

Stromgrenzwert eingestellt und somit auf einfache Art und Weise eine äußerst präzise Selektivität erreicht werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin- düng wirkt die träge Masse mit einer Verzögerungsvorrichtung zusammen, welche einer Bewegung der trägen Masse entgegenwirkt. Die träge Masse ist mit anderen Worten derart verwirk ^¬ licht, dass das Bewegen der trägen Masse selbst bei sehr ho ^¬ her Magnetkraft eine ausreichende Verzögerung mit sich bringt. Als besonders nützlich haben sich in diesem Zusammenhang Verzögerungsvorrichtungen erwiesen, die zur Bereitstellung einer solchen Gegenkraft mit Federelementen, Dämpfungselementen und/oder Reibungselementen arbeiten.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die träge Masse aus einem nichtmagnetischen Ma ^¬ terial. Dadurch ist sie nicht - wie der Auslöseanker - der Magnetkraft unterworfen, so dass sehr kompakte Bauformen der Auslösevorrichtung möglich sind. Insbesondere kann dann die träge Masse unmittelbar benachbart zu dem Stromleiter ange ^¬ ordnet sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei ^¬ spiels beschrieben, das mit Hilfe von Zeichnungen näher er- läutert wird. Hierbei zeigen in vereinfachten, schematischen Darstellungen :

FIG 1 eine Auslösevorrichtung in einer Seitenansicht und FIG 2 eine Auslösevorrichtung in einer Vorderansicht (oh- ne Auslöseanker) .

Die erfindungsgemäße magnetische Auslösevorrichtung 1 für ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere einen geschlossenen Kompaktleistungsschalter (MCCB - moulded case circuit brea- ker) , umfasst einen Auslöseanker 2 aus einem magnetischen Material. Der Auslöseanker 2 dient zum Betätigen einer Schaltmechanik im Kurzschlussfall. Hierzu ist er unter der Wirkung einer durch ein stromabhängiges Magnetfeld erzeugten Magnet-

kraft 3 von einer öffnungsstellung in eine Auslösestellung überführbar. In FIG 1 ist der Auslöseanker 2 in seiner öffnungsstellung dargestellt. Bei einem Auslösen bewegt sich der nach Art eines Klappankers ausgebildete Auslöseanker 2 um ei- nen Drehpunkt in Auslöserichtung 4 auf eine Auslösewelle 5 zu und betätigt diese. Dadurch wird ein Schalter (nicht abgebil ^¬ det) ausgelöst.

Das hier relevante Magnetfeld entsteht durch den Stromfluss I in dem Strompfadabschnitt des Schaltgerätes, welcher der Aus ^¬ lösevorrichtung 1 zugeordnet ist . Der Strompfadabschnitt ist dabei als eine Leiterschiene 6 aus Kupfer realisiert. Das Magnetfeld und die daraus resultierende Magnetkraft 3 sind sowohl im Normalfall (kein Kurzschluss) als auch im Kurz- schlussfall vorhanden. Lediglich die Stärke des Magnetfeldes und damit die Stärke der Magnetkraft 3 ändert sich in Abhän ^¬ gigkeit von der Stromstärke I. Aufgrund der Magnetkraft 3 wirkt auf den Auslöseanker 2 eine in Auslöserichtung 4 gerichtete Kraftkomponente.

Die erfindungsgemäße Auslösevorrichtung 1 umfasst weiterhin ein Federelement 7, hier in Form einer Schraubenfeder. Das Federelement 7 kann jedoch auch eine beliebige andere Form aufweisen, soweit die nachfolgend beschriebene Funktion des Federelements 7 damit verwirklicht werden kann. Die Feder ^¬ kraft 8 des Federelements 7 hält den Auslöseanker 2 entgegen der Magnetkraft 3 in seiner öffnungsstellung, sofern kein Kurzschluss vorliegt, die Magnetkraft 3 also das normale Maß nicht übersteigt.

Das Federelement 7 ist nun derart ausgebildet, dass die Zeit ^¬ dauer der überführung des Auslöseankers 2 in seine Auslöse ^¬ stellung im Kurzschlussfall von der Höhe des Kurzschlussstro ^¬ mes abhängt. Hierzu weist das Federelement 7 eine definierte Federkonstante auf. Darüber hinaus steht das Federelement 7 in Verbindung mit einer beweglichen trägen Masse 9 aus einem nichtmagnetischen Material, beispielsweise einem quaderförmigen Kunststoffblock. Die träge Masse 9 ist dabei derart ange-

ordnet, dass sie senkrecht zu der Leiterschiene 6 angeordnet ist. Dabei durchdringt die träge Masse 9 sowohl die Leiter ^¬ scheine 6 als auch das um die Leiterschiene 6 im Bereich der Auslösevorrichtung 1 angeordnete Joch 11. Zu diesem Zweck weist die Leiterschiene 6 eine öffnung 12 auf, in der sich die träge Masse 9 in Auslöserichtung 4 bewegen kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Leiterschiene 6 im Bereich der öffnung 12 verbreitert, damit trotz der öffnung

12 ein ausreichender Leitungsquerschnitt zur Stromführung ge- währleistet ist, vgl. FIG 2, in der die Auslösevorrichtung 1 ohne den Auslöseanker 2 in einer Vorderansicht (Blickrichtung

13 in FIG 1) dargestellt ist.

Bei einem Kurzschlussstrom unterhalb eines bestimmten Strom- grenzwertes, beispielsweise ab dem zehnfachen Nennstrom, ge ^¬ schieht nun folgendes: Die auf den Auslöseanker 2 wirkende Magnetkraft 3 bewirkt eine Bewegung des Auslöseankers 2 in Auslöserichtung 4 auf die Auslösewelle 5 zu. Diese Bewegung entgegen der Federkraft 8 des Federelementes 7 ist jedoch nicht so stark, dass der Auslöseanker 2 die Auslösewelle 5 betätigt. Auslöseanker 2 und Federelement 7 sind mit anderen Worten derart ausgebildet, dass der Auslöseanker 2 nicht in der Lage ist, das Federelement 7 soweit zusammenzudrücken, dass er direkt auslösen kann.

Mit der Bewegung des Auslöseankers 2 erfolgt eine Kraft- und Impulsübertragung von dem Auslöseanker 2 über das Federelement 7 auf die träge Masse 9. Das Federelement 7 ist hierzu einerseits mit dem Auslöseanker 2 und andererseits mit der trägen Masse 9 entsprechend verbunden. Daraufhin nimmt die träge Masse 9 die Bewegung des Auslöseankers 2 auf und bewegt sich ebenfalls in Auslöserichtung 4. Dadurch entspannt sich das Federelement 7 wieder und der Auslöseanker 2 bewegt sich weiter in Auslöserichtung 4, bis er seine Auslösestellung er- reicht. Insgesamt erfolgt somit die Bewegung des Auslösean ^¬ kers 2 in Auslöserichtung 4 verzögert, wodurch sich auch das Betätigen der Auslösewelle 5 verzögert und die gewünschte Se ^¬ lektivität erreicht wird. Dabei gilt: Je höher der Kurz-

schlussstrom, desto geringer die Zeitverzögerung. übliche Verzögerungswerte, die mit einer erfindungsgemäßen Auslöse ^¬ vorrichtung 1 erreicht werden, liegen beispielsweise in der Größenordnung von 5-10ms.

Die träge Masse 9 wirkt mit einer Verzögerungsvorrichtung zusammen, welche einer Bewegung der trägen Masse 9 entgegenwirkt durch Aufbringen einer entgegen der Auslöserichtung 4 wirkenden Gegenkraft 14. Diese Gegenkraft 14 wird in dem Aus- führungsbeispiel durch ein weiteres, auf die träge Masse 9 wirkendes, federndes Gegenelement 15 bewirkt, welches sich an einem Gehäuseteil 16 des Schaltgerätes abstützt.

übersteigt der Kurzschlussstrom einen bestimmten Stromgrenz- wert, beispielsweise den zehnfachen Nennstrom, dann wirkt ei ^¬ ne so große Magnetkraft 3 auf den Auslöseanker 2, dass er un ^¬ ter überwindung der Federkraft 8 des Federelements 7 unmit ^¬ telbar und nahezu ohne Zeitverzögerung in seine Auslösestel ^¬ lung überführt wird. Eine Bewegung der trägen Masse 9 erfolgt erst, nachdem die Auslösewelle 5 betätigt ist.

Entsprechend der zu erwartenden Kurzschlussstromstärken und der daraus resultierenden Feldstärken des Magnetfeldes sowie der Größe der Magnetkraft 3 einerseits und der gewünschten Auslöseverzögerung andererseits werden die Eigenschaften dieses Feder-Masse-Systems (u.a. Federkonstante und Abmessungen des Federelements 7, Abmessungen und Material der trägen Mas ^¬ se 9, Federeigenschaften des Gegenelementes 15) eingestellt.