EP0283820B1 - Elektromagnetischer Auslöser - Google Patents

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EP0283820B1
EP0283820B1 EP88103517A EP88103517A EP0283820B1 EP 0283820 B1 EP0283820 B1 EP 0283820B1 EP 88103517 A EP88103517 A EP 88103517A EP 88103517 A EP88103517 A EP 88103517A EP 0283820 B1 EP0283820 B1 EP 0283820B1
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EP
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spring
armature
leaf spring
spring elements
leaf
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Hermann Kick
Walter Schwyn
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ABB CMC Carl Meier AG
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CMC Carl Maier and Cie AG
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/2463—Electromagnetic mechanisms with plunger type armatures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/74—Means for adjusting the conditions under which the device will function to provide protection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/74—Means for adjusting the conditions under which the device will function to provide protection
    • H01H71/7463—Adjusting only the electromagnetic mechanism

Definitions

  • the invention relates to a device for withdrawing an armature which can be displaced in a coil along its longitudinal axis in an electromagnetic release, in particular a circuit breaker.
  • An electromagnetic release used in circuit breakers is known from FR-A 2 363 180 and CH-A-481 479.
  • Non-adjustable systems require close tolerances and a large number of different springs and have little flexibility.
  • the inventors have set themselves the task of creating a device of the type mentioned, which is finer adjustable, but still economical to manufacture and easy to operate.
  • the end of the leaf spring facing away from the armature preferably lies in a coarse-groove comb.
  • the rough adjustment is carried out by arranging it in the appropriate groove.
  • the grooves for receiving the leaf spring, which are fastened to the housing in a manner known per se, expediently on a comb, preferably have a large clear width, which is referred to as "coarse-groove".
  • the ball diameter is therefore expediently less than the aforementioned clear width of the grooves of the comb, which is approximately 1.5 to 2.5 mm, for example.
  • the wearing balls preferably have a diameter of 1.0-1.5mm.
  • the spring elements of the leaf spring are expediently three strips of spring steel made of the same tool and of different thicknesses, which can be put together in any combination. In two comb-like grooves in the housing, a large number of finely tuned steps for the armature retraction force can be achieved with three spring elements of different thicknesses. It is particularly noteworthy that there is such a wide range of applications with only three spring elements.
  • the electromagnetic attraction force exerted on the armature is much smaller than the retraction force of the leaf spring, the armature rests on a stop.
  • the armature must be tightened when a defined limit value for the overcurrent is reached.
  • spring elements made of hardened steel strip are generally used because they develop the greatest tension force given the thickness, which is important in tight spaces.
  • the spring elements are designed in such a way that the displacement of the armature in its longitudinal direction never leaves the elastic region of the leaf spring.
  • the electromagnetic trigger for circuit breakers shown in Fig. 1 corresponds essentially to the subject of CH-A-670726 (published on June 30, 1989).
  • the circuit breaker is switched on, the normal nominal current flows to the consumer.
  • the current flow takes place via a connection 10 and a connecting strand 12.
  • the trigger comprises, as further essential parts, a coil 20, an armature 22 which can be displaced along its axis L to a limited extent and a trigger pin 24 located in this axis. In normal operation, the armature 22 rests on a stop 23.
  • the release pin 24 acts on a pivotable pawl 26, which unlocks the pawl lever 28 without moving the armature 22.
  • the multilayer leaf spring 40 which is under increased tension due to the pull-in and is in positive engagement with the armature 22 via an annular groove 42, pulls the armature out of the coil.
  • the end of the leaf spring 40 facing away from the armature 22 is supported on a support surface 48 in an approximately 2 mm wide groove 44 of a comb 46 which is fastened to the housing 32 or is formed in one piece therewith.
  • the area of action of the leaf spring can be roughly adjusted by means of a second support surface 48.
  • the leaf spring 40 lies further on a cross bar 50 which is arranged approximately at half height and which is fastened to the yoke plate 16.
  • leaf springs 40 The structure of leaf springs 40 is shown on the basis of the exemplary embodiments shown in FIGS. 2-5.
  • the leaf spring 40 partially shown in FIG. 2 consists of three thin spring elements 52, the leaf spring 40 shown in FIG. 3 consists of a thin spring element 52, a middle spring element 54 and a thick spring element 56.
  • the leaf spring partially shown in FIG. 4 is a thick spring element 56 flanked by two thin spring elements 52; according to FIG. 5, two thick spring elements 56 enclose a middle spring element 54.
  • FIGS. 2-5 have spring elements made of hardened spring steel and are produced with the same tool.
  • the thin spring elements 52 are 0.2 mm, the middle 0.25 mm and the thick 0.3 mm thick.
  • the tension force of the tension spring according to FIG. 2 is obviously the lowest, that of FIG. 5 the greatest.
  • all other theoretically possible combinations of the three spring elements 52, 54 and 56 and two of them can be used to produce a leaf spring 40. With only three different spring elements, a considerable number of fine-step combinations can be achieved.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Rückzug eines entlang seiner Längsachse in einer Spule verschiebbaren Ankers in einem elektromagnetischen Auslöser, insbesondere eines Leitungsschutzschalters.
  • Konventionelle Leitungsschutzschalter haben je einen elektromagnetischen und einen thermischen Auslöser, wobei der letztere hier nicht von Interesse ist. Bei einem Kurzschluss wird der Anker in Bruchteilen einer Millisekunde in bekannter Weise in eine Spule gezogen. Diese Bewegung in der Achsenlängsrichtung wird mittels eines mechanischen Uebertragungsorgans auf eine Klinke übertragen, was deren Entriegelung bewirkt. Mechanische Kräfte werden dadurch frei und unterbrechen den elektrischen Kontakt. Dies wiederum hat zur Folge, dass der Anker nicht mehr angezogen wird. Der Anker kann vom Rückzugsorgan, üblicherweise eine Feder, in die Ausgangsstellung zurückgezogen werden.
  • Ein in Leitungsschutzschaltern verwendeter elektromagnetischer Auslöser ist aus der FR-A 2 363 180 und der CH-A-481 479 bekannt.
  • Für andere Zwecke verwendete elektromagnetische Auslöser erfüllen dieselben Bedingungen. Falls die elektromagnetische Kraft der Spule grösser ist als die Spannkraft des Rückzugsorgans wird der Anker in die Spule gezogen. Sobald die elektromagnetische Kraft, mit welcher der Anker in die Spule gezogen wird, kleiner als die Federkraft ist, wird der Anker herausgezogen. Damit die vorgeschriebenen oder in der Praxis bewährten Ansprechwerte für den Anzug des Ankers justiert werden können, muss wenigstens einer der folgenden Parameter eingestellt werden können:
    • Ankerluftspalt, je grösser dieser Luftspalt ist, desto später wird der Anker eingezogen,
    • Ankerrückzugskraft, je grösser diese Kraft ist, desto später wird der Anker eingezogen,
    • Spulenwindungszahl, je geringer die Spulenwindungszahl ist, desto später wird der Anker eingezogen.
  • Weder der unterschiedliche Ankerluftspalt noch die Variation der Spulenwindungszahl konnte bisher vollauf befriedigen.
  • Für die Variation der Ankerrückzugskraft sind mehrere Lösungen bekannt, welche nachfolgend summarisch aufgeführt werden:
    • Eine Druckfeder ist über einer Einstellmutter spannbar,
    • eine Torsionsfeder ist über einen Einstellwinkel mit einer Schraube spannbar,
    • eine Torsionsfeder ist über einen Kamm, durch Einstecken in einer bestimmten Position, unterschiedlich spannbar.
  • Nicht einstellbare Systeme bedingen enge Toleranzen und eine Vielzahl unterschiedlicher Federn und haben wenig Flexibilität.
  • Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche feiner einstellbar ist, aber dennoch wirtschaftlich hergestellt und einfach betrieben werden kann.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorzugsweise liegt das vom Anker abgewandte Ende der Blattfeder in einem grobnutigen Kamm auf. Durch Anordnung in der zweckmässigen Nut erfolgt die Grobjustierung.
  • In der Praxis hat es sich erwiesen, dass meist zwei Nuten genügen; durch Variation der Federelemente kann die Feineinstufung mit hinreichenden Möglichkeiten erfolgen.
  • Die Nuten zur Aufnahme der Blattfeder, welche in an sich bekannter Weise, zweckmässig auf einem Kamm, am Gehäuse befestigt sind, weisen wie bereits erwähnt bevorzugt eine grosse lichte Weite auf, was mit "grobnutig" bezeichnet wird. So können die Gräte auf den Duroplast-Pressstücken mit in Druckluft eingeblasenen Kunststoffkugeln entfernt werden, ohne dass diese in den Nuten hängen bleiben. Der Kugeldurchmesser ist also zweckmässig wenig kleiner als die erwähnte lichte Weite der Nuten des Kamms, welche beispielsweise etwa 1,5 bis 2,5 mm beträgt. Die sich abnützenden Kugeln haben bevorzugt einen Durchmesser von 1,0-1,5mm.
  • Die Federelemente der Blattfeder sind zweckdienlich drei unterschiedlich dicke, mit demselben Werkzeug hergestellte Bänder aus Federstahl, welche zu beliebigen Kombinationen zusammengesetzt werden können. In zwei kammartigen Nuten im Gehäuse ist schon mit drei unterschiedlich dicken Federelementen eine grosse Zahl von fein abgestimmte Stufen für die Ankerrückzugkraft erreichbar. Besonders bemerkenswert ist, dass mit lediglich drei Federelementen eine derart grosse Anwendungsvielfalt besteht.
  • Weiter bestehen folgende Möglichkeiten zum Erhalten von Federelementen mit unterschiedlicher Spannkraft:
    • Alle Federelemente der Blattfeder sind gleich dick, bestehen aber aus anderem Material. So müssen beispielsweise Federelemente aus Federbronze doppelt so dick sein wie aus Federstahl, damit sie die gleiche Spannkraft entwikkeln.
    • Die Federelemente der Blattfedern haben die gleiche Dicke und bestehen aus dem gleichen Material. Sie sind jedoch unterschiedlich thermisch behandelt worden und beinhalten so eine unterschiedliche Spannkraft.
  • Im Normalbetrieb mit dem Nennstrom (In) ist die auf den Anker ausgeübte elektromagnetische Anziehungskraft viel kleiner als die Rückzugskraft der Blattfeder, der Anker liegt einem Anschlag auf. Je nach dem zu schützenden Gerät muss der Anker angezogen werden, wenn ein festgelegter Grenzwert für den Ueberstrom erreicht wird.
  • Die international festgelegten Normwerte, Vielfache des Nennstroms (In), haben einen unteren Grenzwert, bei welchem der Anker noch auf dem Anschlag liegt, und einen oberen Grenzwert, bei welchem der Anker ansprechen muss. Beispiele für solche Bereiche sind, je nach angestrebtem Schutz: (3,5 - 5) × In, (7 - 12) × In und (15 - 20) × In. Falls der Nennstrom In z.B. 10 A beträgt, muss im ersten Fall bei einem Strom von 35 A der Anker noch auf dem Anschlag liegen, spätestens bei 50 A dagegen muss der Anker ansprechen und angezogen werden.
  • Trotz mancher zur Verfügung stehender Materialien werden in der Regel Federelemente aus gehärtetem Stahlband verwendet, weil diese bei gegebener Dicke die grösste Spannkraft entwickeln, was bei engen Platzverhältnissen von Bedeutung ist. Die Federelemente sind derart ausgelegt, dass durch die Verschiebung des Ankers in seiner Längsrichtung der elastische Bereich der Blattfeder nie verlassen wird.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
    • Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht eines elektromagnetisch und thermisch ansprechenden Auslösesystems in einem Gehäuse eines Leitungsschutzschalters, und
    • Fig. 2-5 vertikale Teilschnitte durch Blattfedern aus drei Federelementen.
  • Der in Fig. 1 dargestellte elektromagnetische Auslöser für Leitungsschutzschalter entspricht im wesentlichen dem Gegenstand der CH-A-670726 (veröffentlicht am 30.06.1989). Der Leitungsschutzschalter ist eingeschaltet, der normale Nennstrom fliesst zum Verbraucher.
  • Der Stromfluss erfolgt je über einen Anschluss 10 und eine Verbindungslitze 12. Ein Bimetallstreifen 14, der starr am Jochblech 16 des magnetischen Auslösers 18 befestigt ist, bildet das thermische Auslösesystem. Der Auslöser umfasst als weitere wesentliche Teile eine Spule 20, einen entlang seiner Achse L beschränkt verschiebbaren Anker 22 und einen in dieser Achse liegenden Auslösestift 24. Im Normalbetrieb liegt der Anker 22 auf einem Anschlag 23 auf.
  • Bei der Betätigung durch den Bimetallstreifen 14 wirkt der Auslösestift 24 auf eine schwenkbare Klinke 26 ein, welche den Klinkenhebel 28 ohne Bewegung des Ankers 22 entriegelt.
  • Beim Auftreten eines Ueberstroms, der oberhalb des betreffenden Ansprechwerts liegt, wird der Anker 22 schlagartig angezogen und nimmt Auslösestift 24, welcher auch vom Bimetallstreifen 14 betätigbar ist, mit. Dadurch wird
    • der wie der Klinkenhebel 28 schwenkbare Kontaktbügel 30 freigegeben und durch die am Gehäuse 32 befestigte Spiralfeder 34 vom Festkontakt 36 weggezogen. Der Stromdurchfluss ist unterbrochen.
    • Weiter schwenkt der mit einer nicht dargestellten Torsionsfeder gespannte, ebenfalls am Gehäuse 32 befestigte Schalthebel 38 im Uhrzeigersinn in die "Aus"- Stellung und lässt dabei den Klinkenhebel 28 wieder einschnappen. So kann der schwenkbare Kontaktbügel 30 mittels des Schalthebels 38 durch manuelles Umschalten auf die "Ein"-Stellung wieder an den Festkontakt 36 gezogen werden. Der Strom fliesst wieder.
  • Sofort nach einem Stromunterbruch zieht die durch den Einzug unter erhöhter Spannung stehende, mehrschichtige Blattfeder 40, welche über eine ringförmige Nut 42 in formschlüssigem Eingriff mit dem Anker 22 steht, den Anker aus der Spule.
  • Das vom Anker 22 abgewandte Ende der Blattfeder 40 stützt sich in einer etwa 2 mm breiten Nut 44 eines Kamms 46, der am Gehäuse 32 befestigt oder einteilig damit ausgebildet ist, auf einer Abstützfläche 48 ab. Mittels einer zweiten Abstützfläche 48 kann der Wirkungsbereich der Blattfeder grob verstellt werden.
  • Die Blattfeder 40 liegt weiter auf einem etwa auf halber Höhe angeordneten Quersteg 50 auf, welcher am Jochblech 16 befestigt ist.
  • Der Aufbau von Blattfedern 40 wird anhand der in den Fig. 2 - 5 dargestellten Ausführungsbeispielen gezeigt.
  • Die in Fig. 2 teilweise dargestellte Blattfeder 40 besteht aus drei dünnen Federelementen 52, die in Fig. 3 dargestellte Blattfeder 40 aus einem dünnen Federelement 52, einem mittleren Federelement 54 und einem dicken Federelement 56. Bei der in Fig. 4 teilweise dargestellten Blattfeder ist ein dickes Federelement 56 von zwei dünnen Federelementen 52 flankiert, gemäss Fig. 5 schliessen zwei dicke Federelemente 56 ein mittleres Federelement 54 ein.
  • Alle Beispiele nach den Fig. 2 - 5 haben Federelemente aus gehärtetem Federstahl und sind mit demselben Werkzeug hergestellt. Die dünnen Federelemente 52 sind 0,2 mm, die mittleren 0,25 mm und die dicken 0,3 mm dick. Offensichtlich ist die Spannkraft der Spannfeder gemäss Fig. 2 am geringsten, diejenige von Fig. 5 am grössten. Selbstverständlich sind alle weiteren theoretisch möglichen Kombinationen der drei Federelemente 52, 54 und 56 sowie von zwei davon zur Herstellung einer Blattfeder 40 anwendbar. Mit nur drei verschiedenen Federelementen kann also eine beträchtliche Zahl von feinstufigen Kombinationen erreicht werden.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Rückzug eines entlang seiner Längsachse (L) in einer Spule (20) verschiebbaren Ankers (22) in einem elektromagnetischen Auslöser (18), insbesondere eines Leitungsschutzschalters, welche Vorrichtung eine einends festgelegte Blattfeder (40), einen diese Feder in Richtung der Ausschaltbewegung des Ankers (22) abstützenden Quersteg (50) und eine aus dem Umfang des Ankers ausgesparte Nut (42), in welche die Blattfeder andernends eingreift, umfasst,
    und die Blattfeder (40) als im peripheren Bereich des magnetischen Auslösers festgelegtes, einstellbares Federpaket ausgebildet ist, welches aus wenigstens zwei blattförmigen Federelementen (52,54,56) gleicher und/oder unterschiedlicher Spannkraft besteht.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (40) am vom Anker (22) abgewandten Ende an einer Anschlagfläche (48) in einem grobnutigen Kamm (46) aufliegt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kamm (46) eine/mehrere Nut/en (44) mit einer lichten Weite hat, die vorzugsweise grösser ist als der Durchmesser der zum Entgraten der Duroplastpressstücke verwendeten Kunststoffkugeln.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lichte Weite der Nut/en (44) 1,5 bis 2,5 mm beträgt.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (40) aus Federelementen (52,54,56) aus gleichem, thermisch gleich behandeltem Material besteht, wobei eine unterschiedliche Spannkraft der Federelemente ausschliesslich auf deren unterschiedlicher Dicke basiert.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (40) aus Federelementen (52,54,56) der gleichen Dicke besteht, wobei eine unterschiedliche Spannkraft der Federelemente auf deren Zusammensetzung aus verschiedenen Materialien basiert.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (40) aus Federelementen (52,54,56) der gleichen Dicke und des gleichen Materials besteht, wobei eine unterschiedliche Spannkraft der Federelemente auf deren unterschiedlicher thermischen Behandlung basiert.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass Dicke und Material, Dicke und thermische Behandlung, Material und thermische Behandlung, oder Dicke, Material und thermische Behandlung der Federelemente (52,54,56) der Blattfeder (40) unterschiedlich sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 5, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (52,54,56) der Blattfeder (40) aus Federstahl und/oder Federbronze bestehen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Federstahl rostfrei ist.
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