EP0773571A1 - Auslöser, insbesondere für einen Fehlerstrom-Schutzschalter - Google Patents

Auslöser, insbesondere für einen Fehlerstrom-Schutzschalter Download PDF

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EP0773571A1
EP0773571A1 EP96810587A EP96810587A EP0773571A1 EP 0773571 A1 EP0773571 A1 EP 0773571A1 EP 96810587 A EP96810587 A EP 96810587A EP 96810587 A EP96810587 A EP 96810587A EP 0773571 A1 EP0773571 A1 EP 0773571A1
Authority
EP
European Patent Office
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spring
armature
plunger
magnetic circuit
trigger
Prior art date
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Application number
EP96810587A
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English (en)
French (fr)
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EP0773571B1 (de
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Willy Schwarz
Dominique Girardin
Siegfried Mayer
Gerhard Schneider
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ABB Schweiz AG
Original Assignee
CMC Carl Maier and Cie AG
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Publication date
Application filed by CMC Carl Maier and Cie AG filed Critical CMC Carl Maier and Cie AG
Publication of EP0773571A1 publication Critical patent/EP0773571A1/de
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Publication of EP0773571B1 publication Critical patent/EP0773571B1/de
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    • 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
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/32—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part

Definitions

  • the invention is based on a trigger, in particular for a residual current circuit breaker (RCD), according to the preamble of claim 1.
  • a trigger has a constant magnetic flux conducting magnetic circuit with a fixed yoke and a movable armature and one trip coil acting on the magnetic circuit.
  • a signal is fed into the trigger coil when a trigger variable, such as a fault current, occurs.
  • This input signal generates a magnetic flux in the trip coil, which weakens the permanent magnetic flux at the location of the armature.
  • the armature which is loaded by a preloaded spring, is lifted from the yoke when the permanent magnetic flux is weakened and triggers a plunger for the mechanical actuation of a device.
  • the plunger acts on a key switch, which causes the contact arrangement of the FI switch to open.
  • the input signal supplied to the trip coil is proportional to the fault current and is generated by a residual current transformer of the RCD.
  • the invention relates to a state of the art of tripping devices for RCDs, as described in EP 0228 345 B1 and in the special print from “etz” No. 13 (1984) "Residual current circuit breakers: constructive solutions, development trends and principles for their Applications "Dr.J.Feitknecht c / o CMC, Schaffhausen, is described.
  • a prestressed coil tension spring applies a force to the armature when the magnetic circuit is closed, which force would like to lift the armature from the yoke and open the magnetic circuit against the force of the permanent magnetic flow conducted in the magnetic circuit.
  • This spring also serves to drive the plunger which acts on the switch lock of the FI switch after the magnetic circuit has been opened.
  • the spring Since this requires a relatively large force, the spring has a considerable preload when the magnetic circuit is closed. If a fault current occurs, after lifting the armature from the yoke, the prestressed spring can act on the plunger via the armature with a force which is sufficient to trigger the switch lock and to open the contact arrangement of the FI switch.
  • the high bias voltage requires a strong magnetic circuit and, accordingly, a powerful summation current transformer with a high output power. This output power must be at least so great that the magnetic flux generated by the trip coil through the current supplied by the summation current transformer and coupled into the magnetic circuit can compensate the continuous magnetic flux conducted in the circuit to such an extent that the magnetic holding force is less than the preload force generated by the spring becomes.
  • a triggering device for a latching relay published in DE 27 10 869 A1 has an armature pretensioned with a helical spring and a slightly bent bending leaf spring in the operating state. When released, the armature strikes the bending leaf spring and causes the spring, which is now acting with great force, to spring over a plunger of the switch.
  • the invention is based on the object of creating a trigger, in particular for a RCD, which is simple in construction and is distinguished by small dimensions and high sensitivity.
  • the trigger according to the invention is simple in construction and only requires low input power to generate large output power. Accordingly, all elements determining the input power, such as the residual current transformer of the RCD, and all elements determined by the input power, such as a permanent magnet feeding the magnetic circuit, can be small, and even small fault currents can be detected and switched off with great certainty. Because of the high power output by the release according to the invention, a robust and therefore particularly reliable switch lock can be used in an FI switch equipped with such a release.
  • the trigger shown in FIGS. 1 to 3 has an insulating material housing consisting of a trough-shaped base 1 and a cover 2. An opening 3 is provided in the cover 2, which serves for the vertical guidance of a cylindrical plunger 4.
  • the plunger 4 has a thickened lower end, which rests on a spring element which is designed as a bow-shaped curved leaf spring and acts as a snap spring 5. The upward end of the plunger 4 acts via a switch lock on a contact arrangement of an FI switch, not shown.
  • the plunger 4 is a particularly simple embodiment of a force transmission element which is used in the trigger and, in an alternative embodiment, is designed, for example, as a joint.
  • the spring 5 has two leaf ends 6 and a central part 7 acting on the tappet 4. Fastening elements (not designated) are provided on the central part 7 for holding a square-shaped armature 8 of a magnetic circuit on the side of the central part 7 facing away from the tappet.
  • the reference numeral 9 denotes an intermediate floor made of insulating material, which serves to hold a release coil 10 and which has two projections 11, 12 which are guided upwards and enable the spring 5 to be fastened.
  • the magnetic circuit also contains a yoke 16 formed by two yoke sheets 13, 14 and a magnetically poorly conductive air gap disk 15, and a constant permanent magnetic flux into the rectangular permanent magnet 17 feeding the yoke 16.
  • the tappet 4 is supported with its widened lower end on a prestressed damping spring 28.
  • the damping spring 28 is arranged centrally on the side of the central part 7 of the spring 5 facing the plunger 4.
  • the spring 5 is clamped with its two ends 6 in guides which are incorporated in the projections 11 and 12.
  • the tripping coil 10 is supplied with electrical power by means of two current connections 29 which are led through the base 1 and which is formed when a fault current occurs in the summation current transformer.
  • the trigger has triggered.
  • the contact arrangement of the FI switch which is also not shown, is opened via the plunger 4 which is moved upwards and the switch lock which is actuated by the plunger 4 and is not shown.
  • the current becomes one Consumer and at the same time interrupted by the summation current transformer. Accordingly, no input power is supplied to the trip coil 10.
  • the magnetic circuit formed by the permanent magnet 17, the yoke 16 and the armature 8 is open since the armature has been removed from the pole faces 30 of the yoke 16 by the prestressed spring 5.
  • the trigger can be reloaded by pressing the plunger into the housing formed by base 1 and cover 2.
  • the spring 5 serving as an energy store is charged and at the same time the magnetic circuit is closed by pressing the armature 8 onto the pole faces 30.
  • Undesired impact forces and associated damage to the pole faces are avoided by the damping spring 28 (FIG. 3).
  • the spring 5 is curved in such a way that it has the non-linear spring curve which is shown in FIG. 4, is shown in solid lines and is negative at least in sections.
  • the working point of the spring 5 is in the rising part of the characteristic in a position in which the plunger 4 is held up with a large force F I.
  • the spring travel s is increased and the spring 5 is successively charged.
  • a maximum of the spring characteristic is exceeded during charging and the operating point is guided into the negative area of the characteristic.
  • the negative areas of the spring characteristic can run differently. It is particularly important that after charging, the working point lies in a region of the characteristic curve in which a force acts which wants to lift the armature 8 off the pole faces 30 and which is small compared to the force which occurs in particular at the maximum of the characteristic curve. This is generally the case when the working point of the spring 5 is in the negative range just above the zero crossing of the force F. As a result, there is an abortion acting on the armature 8 Ensured force and on the other hand ensures that this force is low.
  • the operating point after charging is much higher than in the discharged state.
  • the magnetic circuit must therefore also be designed for a correspondingly high force.
  • Springs 5 with non-linear, at least partially negative, characteristic curves are particularly favorable, in which the operating point in the charged state of the trigger can be set close to zero force, since then yoke 16 and permanent magnet 17 need only have a particularly low magnetic holding force F ' II .
  • Such springs can be designed as a snap spring.
  • the working point can be set back to a minimum of the characteristic curve if it is designed as a bow-shaped snap spring. If, on the other hand, the characteristic curve has a zero crossing, as is possible, for example, in the case of a plate spring, the magnetic holding force F '' II may be relatively low, but because of the steep rise in the characteristic curve in the area of the zero crossing, the working point should be set higher for safety reasons . This is particularly so because, for manufacturing reasons, the characteristic curve of the spring 5 is within a certain tolerance range from the characteristic curve of a correspondingly produced and essentially equivalent spring deviates.
  • the prestressing force acting on the armature 8 and generated by the spring 5 is therefore smaller than the force transmitted by the plunger 4 when it acts on the contact arrangement of the FI switch. Therefore, the trigger can be triggered with an extremely low power. Since the characteristic curve of the spring 5 has a maximum, the trigger releases its full force only after the release and after a desired spring travel.
  • This spring element consists of two interacting springs 32 and 33, of which the spring 32, which is preferably designed as a snap or plate spring, has a non-linear, at least sectionally negative spring characteristic F 32 and the spring 33, preferably designed as a coil spring, has a linear spring characteristic F 33 .
  • the spring 32 is clamped on the projections 11, 12 in accordance with the spring 5 and supports the armature 8 in its central part on the side facing the magnetic circuit.
  • the spring 33 is supported at its lower end on the yoke plates 13, 14 and is supported with it from its upper end to form a prestressing force on the armature 8.
  • the biasing force of the spring 33 is now dimensioned by suitable dimensioning such that the spring element formed by the springs 32 and 33 has the spring characteristic F 32 + F 33 shown in FIG. 6 and formed by superimposing the two spring characteristics F 32 and F 33 .
  • This spring characteristic corresponds to the spring characteristic described in FIG. 4 in connection with the forces F I and F II .
  • the spring element formed from the springs 32 and 33 has the additional advantage that, by suitable dimensioning, the spring element 33 exerts Preload force the working point of the snap or plate spring 32 in the loaded state of the trigger is certainly kept in the positive force range. In this way, a reliable response of the trigger according to the invention is always guaranteed, regardless of production-related fluctuations in the manufacture of the snap or plate spring 32.
  • the insulating material housing consisting of the bottom and cover is not shown, and the armature 8 acts on the plunger 4, which is acted upon by a large pretensioning force.
  • the large pretensioning force is generated by a drive spring 18, which generates pressure, for example, and is designed as a helical spring.
  • One end of the spring 18 is supported on the tappet 4, whereas the other end of the spring 18 rests on the intermediate floor 9.
  • the latch has a pawl 20 with two lugs 21 and 22 which can be pivoted about a fixed axis 19. When the magnetic circuit is closed, the nose 21 rests on a stop 23 attached to the tappet.
  • the nose 22 interacts with the armature 8 when a fault current occurs.
  • a fixed, bluntly angled leaf spring 24 which acts on the pawl 20 during the reloading process with a restoring force.
  • the armature 8 When the magnetic circuit is closed, the armature 8 is loaded with a fixedly arranged and curved leaf spring 25.
  • the armature 8 can be tilted about a pivot point 26 lying on the intermediate floor 9.
  • the tilting range of the armature 8 is limited in the loaded state (FIG. 7) by the pole faces of the yoke 16 and in the released state by a bevel 27 of the intermediate floor 9.
  • the leaf spring 25 is fastened at one end to the intermediate floor 9 and acts with the other end on an end of the armature 8 facing away from the latch with a low compressive force F a .
  • the armature 8 is firmly connected at one point 31, for example by soldering, to one leg of the leaf spring 25.
  • the trigger is loaded.
  • the plunger 4 pressurized by the drive spring 18 is guided with the stop 23 against the nose 21 of the pawl 20 reset by the leaf spring 24.
  • the magnetic circuit formed by armature 8, yoke 16 and permanent magnet 17 is closed.
  • the armature 8 lies on the pole faces of the yoke 16.
  • the leaf spring 25 exerts a torque generated by the low force F a against the force of the magnetic circuit, which torque wants to tear off the left end of the armature 8 from the pole faces.
  • the magnetic field of a current signal fed into the trigger coil 10 by the summation current transformer weakens the field of the magnetic circuit in the area of the armature 8.
  • the armature is tilted clockwise under the action of the leaf spring 25 and turns the pawl 20 by striking the nose 22 counterclockwise.
  • the nose 21 now releases the stop 23 and the plunger 4 can now be guided upwards with a large force required for the safe actuation of the switch lock of the FI switch.
  • the trigger can be reloaded after the fault current has been switched off by pressing in the plunger 4.
  • the leaf spring 24 exerts a clockwise torque on the pawl 20.
  • a corresponding effect can also be achieved by a suitably designed and arranged link control, which in a metered manner exerts force from an energy store, for example a charged spring element, onto the armature 8 and onto the Ram 4 transmits.
  • an energy store for example a charged spring element

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Abstract

Der Auslöser weist einen konstanten magnetischen Daüerfluss führenden magnetischen Kreis mit einem feststehenden Joch (16) und einem beweglichen Anker (8) auf sowie eine auf den magnetischen Kreis wirkende Auslösespule (10). Die Auslösespule (10) erzeugt beim Auftreten einer Auslösegrösse einen magnetischen Fluss, welcher den magnetischen Dauerfluss am Ort des Ankers (8) schwächt. Der von einem vorgespannten Federelement belastete Anker (8) wird bei der Schwächung des magnetischen Dauerflusses vom Joch (16) abgehoben und löst einen Stössel (4) aus, welcher der Betätigung eines Gerätes dient. Das Federelement enthält eine auf den Stössel (4) wirkende Teller- oder Schnappfeder (32). Die den Anker (8) bei geschlossenem magnetischem Kreis belastende Vorspannkraft kann daher in einen negativ verlaufenden Abschnitt der Federkennlinie gelegt werden, in dem sich die Federkennlinie an ein Minimum oder an einen Nulldurchgang nähert. Ein derartiger Auslöser benötigt lediglich eine sehr geringe Eingangsleistung und wirkt dennoch mit einer grossen Ausgangsleistung auf das Gerät. Mit Vorteil wird ein solcher Auslöser in einem FI-Schalter eingesetzt. <IMAGE>

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Auslöser, insbesondere für einen Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schalter), nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein solcher Auslöser weist einen konstanten magnetischen Dauerfluss führenden magnetischen Kreis mit einem feststehenden Joch und einem beweglichen Anker auf sowie eine auf den magnetischen Kreis wirkende Auslösespule. In die Auslösespule wird beim Auftreten einer Auslösegrösse, etwa eines Fehlerstroms, ein Signal eingespeist. Dieses Eingangssignal erzeugt in der Auslösespule einen magnetischen Fluss, welcher den magnetischen Dauerfluss am Ort des Ankers schwächt. Der von einer vorgespannten Feder belastete Anker wird bei der Schwächung des magnetischen Dauerflusses vom Joch abgehoben und löst ein Stössel zur mechanischen Betätigung eines Gerätes aus. Bei einem FI-Schalter wirkt der Stössel auf ein Schaltschloss, welches ein Öffnen der Kontaktanordnung des FI-Schalters bewirkt. Das der Auslösespule zugeführte Eingangssignal ist hierbei proportional dem Fehlerstrom und wird von einem Summenstromwandler des FI-Schalters gebildet.
    • STAND DER TECHNIK
  • Die Erfindung nimmt auf einen Stand der Technik von Auslösevorrichtungen für FI-Schalter Bezug, wie er in EP 0228 345 B1 und im Sonderdruck aus "etz" Heft Nr.13 (1984) "Fehlerstrom-Schutzschalter: Konstruktive Lösungen, Entwicklungstendenzen und Grundsätze für ihre Anwendungen" Dr.J.Feitknecht c/o CMC, Schaffhausen, beschrieben ist. Bei den in diesem Stand der Technik beschriebenen Auslösern beaufschlagt eine vorgespannte Schraubenzugfeder bei geschlossenem magnetischem Kreis den Anker mit einer Kraft, welche den Anker entgegen der Kraft des im magnetischen Kreis geführten magnetischen Dauerflusses vom Joch abheben und den magnetischen Kreis öffnen möchte. Diese Feder dient zugleich dem Antrieb des nach dem Öffnen des magnetischen Kreises auf das Schaltschloss des FI-Schalters wirkenden Stössels. Da hierzu eine verhältnismässig grosse Kraft notwendig ist, weist die Feder bei geschlossenem magnetischem Kreis eine beträchtliche Vorspannung auf. Beim Auftreten eines Fehlerstroms kann dann nach dem Abheben des Ankers vom Joch die vorgespannte Feder über den Anker mit einer Kraft auf den Stössel einwirken, welche ausreicht, das Schaltschloss auszulösen und die Kontaktanordnung des FI-Schalters zu öffnen. Die hohe Vorspannung bedingt jedoch einen starken magnetischen Kreis und dementsprechend auch einen leistungsstarken Summenstromwandler mit einer hohen Ausgangsleistung. Diese Ausgangsleistung muss zumindest so gross sein, dass der von der Auslösespule durch den vom Summenstromwandler zugeführten Strom gebildete und in den magnetischen Kreis eingekoppelte magnetische Fluss den im Kreis geführten magnetischen Dauerfluss soweit kompensieren kann, dass die magnetische Haltekraft kleiner als die durch die Feder erzeugte Vorspannkraft wird.
  • Eine weitere mit einem magnetischen Kreis arbeitende Auslösevorrichtung für einen Fehlerstromschutzschalter ist in der deutschen Auslegeschrift 2 059 052 angegeben. Bei dieser Auslösevorrichtung wirkt der Anker des magnetischen Kreises auf eine mit einer erheblichen Kraft vorgespannte, drehbare Klinke eines Schaltschlosses des Schalters. Der Anker wird durch eine geeignet eingestellte Zugfeder ausgelöst, die im Betriebszustand der Auslösevorrichtung eine geringe Kraft und beim Auslösen der Klinke eine grosse Kraft auf den Anker überträgt.
  • Eine in DE 27 10 869 A1 veröffentlichte Auslösevorrichtung für ein Haftrelais weist im Betriebszustand einen mit einer Schraubenfeder vorgespannten Anker sowie eine geringfügig durchgebogene Biegeblattfeder auf. Beim Auslösen schlägt der Anker auf die Biegeblattfeder und verursacht das Umspringen der nun mit grosser Kraft auf ein Stössel des Schalters wirkenden Feder.
    • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Auslöser, insbesondere für einen FI-Schalter zu schaffen, welcher einfach aufgebaut ist und sich durch kleine Abmessungen und eine hohe Ansprechempfindlichkeit auszeichnet.
  • Der Auslöser nach der Erfindung ist einfach aufgebaut und benötigt zur Erzeugung grosser Ausgangsleistung lediglich geringe Eingangsleistung. Dementsprechend können alle eingangsleistungsbestimmenden Elemente, wie etwa der Summenstromwandler des FI-Schalters, und alle von der Eingangsleistung bestimmten Elemente, wie ein den magnetischen Kreis speisender Permanentmagnet, klein bemessen sein, und können auch kleine Fehlerströme mit grosser Sicherheit detektiert und abgeschaltet werden. Wegen der vom Auslöser nach der Erfindung abgegebenen grossen Leistung kann in einem mit einem solchen Auslöser ausgerüsteten FI-Schalter ein robustes und daher besonders betriebssicheres Schaltschloss eingesetzt werden.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
    • Fig.1
    eine Explosionsdarstellung einer ersten Ausführungsform des Auslösers nach der Erfindung,
    Fig.2
    eine Aufsicht auf einen Schnitt durch den Auslöser gemäss Fig.1 nach einem Auslösevorgang,
    Fig.3
    eine Aufsicht auf einen Schnitt durch den Auslöser gemäss Fig.1 vor einem Auslösevorgang,
    Fig.4
    ein Diagramm, in dem die Kennlinien von Federelementen dargestellt sind, welche im Auslöser gemäss Fig.1 wahlweise eingesetzt werden können,
    Fig.5
    eine perspektivische Ansicht eines in einer zweiten Ausführungsform des Auslösers gemäss der Erfindung verwendbaren Federelementes,
    Fig.6
    ein Diagramm, in dem die Kennlinie des Federelementes gemäss Fig.5 dargestellt ist, und
    Fig.7
    eine Ansicht einer dritten Ausführungsform des Auslösers gemäss der Erfindung nach dem Entfernen des Auslösergehäuses.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • In allen Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Teile. Der in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Auslöser weist ein aus einem wannenförmigen Boden 1 und einem Deckel 2 bestehendes Isolierstoffgehäuse auf. Im Deckel 2 ist eine Öffnung 3 vorgesehen, welche der vertikalen Führung eines zylinderförmigen Stössels 4 dient. Der Stössel 4 weist ein verdicktes unteres Ende auf, welches auf einem als bügelförmig gekrümmte Blattfeder ausgebildeten und als Schnappfeder 5 wirkenden Federelement aufsitzt. Das nach oben gerichtete Ende des Stössels 4 wirkt über ein Schaltschloss auf eine Kontaktanordnung eines nicht dargestellten FI-Schalters. Das Stössel 4 ist eine besonders einfache Ausführungsform eines im Auslöser eingesetzten und in alternativer Ausführung beispielsweise als Gelenk ausgebildeten Kraftübertragungsglieds. Die Feder 5 weist zwei Blattenden 6 und ein auf den Stössel 4 wirkendes Mittelteil 7 auf. Am Mittelteil 7 sind nicht bezeichnete Befestigungselemente vorgesehen zur Halterung eines quaderförmig ausgebildeten Ankers 8 eines magnetischen Kreises auf der vom Stössel abgewandten Seite des Mittelteils 7.
  • Mit dem Bezugszeichen 9 ist ein Zwischenboden aus Isolierstoff bezeichnet, welcher der Halterung einer Auslösespule 10 dient, und welcher zwei nach oben geführte und die Befestigung der Feder 5 ermöglichende Vorsprünge 11, 12 aufweist. Der magnetische Kreis enthält neben dem Anker 8 auch ein von zwei Jochblechen 13, 14 und einer magnetisch schlecht leitenden Luftspaltscheibe 15 gebildetes Joch 16 sowie einen konstanten magnetischen Dauerfluss in das Joch 16 einspeisenden quaderförmigen Permanentmagneten 17.
  • Wie aus den Figuren 2 und 3 entnommen werden kann, ist der Stössel 4 mit seinem aufgeweiteten unteren Ende auf einer vorgespannten Dämpfungsfeder 28 abgestützt. Die Dämpfungsfeder 28 ist zentrisch auf der dem Stössel 4 zugewandten Seite des Mittelteils 7 der Feder 5 angeordnet. Die Feder 5 ist mit ihren beiden Enden 6 in Führungen eingespannt, welche in die Vorsprünge 11 und 12 eingearbeitet sind. Die Auslösespule 10 wird mit Hilfe von zwei durch den Boden 1 geführten Stromanschlüsse 29 mit elektrischer Leistung versorgt, welche beim Auftreten eines Fehlerstroms im Summenstromwandler gebildet wird.
  • Bei dem in Fig.2 dargestellten Zustand hat der Auslöser ausgelöst Über den nach oben geführten Stössel 4 und das vom Stössel 4 betätigte, nicht dargestellte Schaltschloss ist die ebenfalls nicht dargestellte Kontaktanordnung des FI-Schalters geöffnet. Durch das Öffnen der Kontaktanordnung ist der Strom zu einem Verbraucher und zugleich durch den Summenstromwandler unterbrochen. Dementsprechend wird der Auslösespule 10 keine Eingangsleistung zugeführt. Der vom Permanentmagneten 17, dem Joch 16 und dem Anker 8 gebildete magnetische Kreis ist geöffnet, da der Anker durch die vorgespannte Feder 5 von Polflächen 30 des Jochs 16 entfernt worden ist.
  • Durch Eindrücken des Stössels in das von Boden 1 und Deckel 2 gebildete Gehäuse kann der Auslöser wieder geladen werden. Beim Eindrücken des Stössels 4 wird die als Energiespeicher dienende Feder 5 aufgeladen und wird zugleich der magnetische Kreis durch Aufdrücken des Ankers 8 auf die Polflächen 30 geschlossen. Unerwünschte Prallkräfte und eine damit verbundene Beschädigung der Polflächen werden durch die Dämpfungsfeder 28 vermieden (Fig.3).
  • Die Feder 5 ist derart gekrümmt ausgebildet, dass sie die aus Fig.4 ersichtliche, ausgezogen dargestellte, nichtlineare und zumindest abschnittsweise negative Federkennlinie aufweist. In dem aus Fig.2 ersichtlichen Zustand befindet sich der Arbeitspunkt der Feder 5 im ansteigenden Teil der Kennlinie in einer Position, in der der Stössel 4 mit einer grossen Kraft FI oben gehalten wird. Durch Eindrücken des Stössels 4 wird der Federweg s vergrössert und die Feder 5 sukzessive aufgeladen.
  • Beim Auslöser nach der Erfindung wird beim Aufladen ein Maximum der Federkennlinie überschritten und der Arbeitspunkt in den negativen Bereich der Kennlinie geführt. Je nach Ausbildung der Feder 5 können die negativen Bereiche der Federkennlinie unterschiedlich verlaufen. Wichtig ist vor allem, dass nach dem Aufladen der Arbeitspunkt in einem Bereich der Kennlinie liegt, in dem eine Kraft wirkt, die den Anker 8 von den Polflächen 30 abheben möchte, und die klein gegenüber der insbesondere im Maximum der Kennlinie auftretenden Kraft ist. Dies ist im allgemeinen dann der Fall, wenn der Arbeitspunkt der Feder 5 im negativen Bereich knapp über dem Nulldurchgang der Kraft F liegt. Dadurch ist zum einen eine auf den Anker 8 wirkende abtreibende Kraft sichergestellt und zum anderen gewährleistet, dass diese Kraft gering ist.
  • Bei einer in Auslösern nach dem Stand der Technik verwendeten Feder hingegen liegt der Arbeitspunkt nach dem Aufladen sehr viel höher als im entladenen Zustand. Auf eine entsprechend hohe Kraft muss daher auch der magnetische Kreis ausgelegt sein.
  • Bei einer im geladenen Zustand des Auslösers nach der Erfindung (Fig.3) mit einer Kraft FII geringfügig vorgespannten Feder 5 (Fig.4) befindet sich der Arbeitspunkt in einem Minimum der Kennlinie. Dies weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass der Anker 8 beim Öffnen des magnetischen Kreises am Anfang mit einer relativ kleinen Kraft geführt wird, und dass erst später bei sich verkürzendem Weg s die von der Feder 5 abgegebene Kraft stark zunimmt und im Bereich des Maximums über den Stössel 4 mit grosser Kraft auf das Schaltschloss wirken kann. Eine solche Kennlinie ist typisch für eine Schnappfeder.
  • Besonders günstig sind Federn 5 mit nichtlinearen, zumindest abschnittsweise negativ ausgebildeten Kennlinien, bei denen der Arbeitspunkt im geladenen Zustand des Auslösers nahe an die Kraft Null gelegt werden kann, da dann Joch 16 und Permanentmagnet 17 nur eine besonders geringe magnetische Haltekraft F'II aufweisen müssen. Solche Federn können als Schnappfeder ausgeführt werden. Der Arbeitspunkt kann bei Ausbildung als bügelförmige Schnappfeder wieder in ein Minimum der Kennlinie gelegt werden. Weist die Kennlinie hingegen einen Nulldurchgang auf, wie dies beispielsweise bei einer Tellerfeder möglich ist, so kann zwar die magnetische Haltekraft F''II relativ gering sein, jedoch ist wegen des steilen Anstiegs der Kennlinie im Bereich des Nulldurchgangs der Arbeitspunkt aus Sicherheitsgründen höher zu legen. Dies insbesondere deswegen, da aus fertigungstechnischen Gründen die Kennlinie der Feder 5 innerhalb eines bestimmten Toleranzbereiches von der Kennlinie einer entsprechend hergestellten und im wesentlichen gleichwirkenden weiteren Feder abweicht.
  • Bei dem mit der Feder 5 versehene Auslöser ist daher die auf den Anker 8 wirkende, von der Feder 5 erzeugte Vorspannkraft kleiner bemessen ist als die vom Stössel 4 bei dessen Wirkung auf die Kontaktanordnung des FI-Schalters übertragene Kraft. Daher kann der Auslöser mit einer äusserst geringen Leistung ausgelöst werden. Da die Kennlinie der Feder 5 ein Maximum aufweist, gibt der Auslöser erst nach der Auslösung und nach Ablauf eines erwünschten Federwegs seine volle Kraft ab.
  • In den Figuren 5 und 6 ist eine Federelement angegeben, welches sich in besonders vorteilhafter Weise im Auslöser nach der Erfindung verwenden lässt. Dieses Federelement besteht aus zwei zusammenwirkenden Federn 32 und 33, von denen die vorzugsweise als Schnapp- oder Tellerfeder ausgebildete Feder 32 eine nichtlineare, zumindest abschnittsweise negative Federkennlinie F32 und die vorzugsweise als Schraubenfeder ausgebildete Feder 33 eine lineare Federkennlinie F33 aufweist. Die Feder 32 ist entsprechend der Feder 5 an den Vorsprüngen 11, 12 eingespannt und trägt in ihrem Mittelteil auf der dem magnetischen Kreis zugewandten Seite den Anker 8. Die Feder 33 ist mit ihrem unteren Ende auf den Jochblechen 13, 14 gelagert und stützt sich mit ihrem oberen Ende unter Bildung einer Vorspannkraft auf dem Anker 8 ab. Die Vorspannkraft der Feder 33 wird durch geeignete Dimensionierung nun so bemessen, dass das von den Federn 32 und 33 gebildete Federelement die aus Fig.6 ersichtliche und durch Überlagerung der beiden Federkennlinien F32 und F33 gebildete Federkennlinie F32+F33 aufweist.
  • Diese Federkennlinie entspricht der in Fig.4 in Zusammenhang mit den Kräften FI und FII beschriebenen Federkennlinie. Gegenüber dem dieser Kennlinie zugeordneten und nur aus einer einzigen Feder 5 bestehenden Federelement weist das aus den Federn 32 und 33 gebildete Federelement den zusätzlichen Vorteil auf, dass durch geeignete Bemessung der von der Feder 33 ausgeübten Vorspannkraft der Arbeitspunkt der Schnapp- oder Tellerfeder 32 im geladenen Zustand des Auslösers mit Sicherheit im positiven Kraftbereich gehalten wird. Hierdurch ist unabhängig von fertigungstechnischen Schwankungen bei der Herstellung der Schnapp- oder Tellerfeder 32 stets ein sicheres Ansprechen des Auslösers nach der Erfindung gewährleistet.
  • Bei der in Fig.7 dargestellten Ausführungsform des Auslösers ist im Unterschied zu den in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Auslöser das aus Boden und Deckel bestehende Isolierstoffgehäuse nicht dargestellt und wirkt der Anker 8 über eine Verklinkung auf den mit einer grossen Vorspannkraft beaufschlagten Stössel 4. Die grosse Vorspannkraft wird von einer - etwa Druckkraft erzeugenden und etwa als Schraubenfeder ausgebildeten - Antriebsfeder 18 erzeugt. Das eine Ende der Feder 18 stützt sich am Stössel 4 ab, wohingegen das andere Ende der Feder 18 auf dem Zwischenboden 9 aufliegt. Die Verklinkung weist eine um eine feststehende Achse 19 schwenkbare Klinke 20 mit zwei Nasen 21 und 22 auf. Die Nase 21 liegt bei geschlossenem magnetischem Kreis auf einem am Stössel angebrachten Anschlag 23 auf. Die Nase 22 wirkt beim Auftreten eines Fehlerstroms mit dem Anker 8 zusammen. Oberhalb der Achse 19 ist eine feststehende, stumpf gewinkelt ausgebildete Blattfeder 24 vorgesehen, welche die Klinke 20 beim Rückladevorgang mit einer Rückstellkraft beaufschlagt.
  • Der Anker 8 ist bei geschlossenem magnetischem Kreis mit einer feststehend angeordneten und gekrümmt ausgebildeten Blattfeder 25 belastet. Der Anker 8 kann um einen auf dem Zwischenboden 9 liegenden Drehpunkt 26 gekippt werden. Der Kippbereich des Ankers 8 ist im geladenen Zustand (Fig.7) durch die Polflächen des Jochs 16 und im ausgelösten Zustand durch eine Anschrägung 27 des Zwischenbodens 9 begrenzt. Die Blattfeder 25 ist mit einem Ende auf dem Zwischenboden 9 befestigt und wirkt mit dem anderen Ende auf ein von der Verklinkung abgewandtes Ende des Ankers 8 mit einer geringen Druckkraft Fa. Der Anker 8 ist an einer Stelle 31, etwa durch Löten, mit einem Schenkel der Blattfeder 25 fest verbunden.
  • Bei dem in Fig.7 dargestellten Zustand ist der Auslöser geladen. Der von der Antriebsfeder 18 mit Druck beaufschlagte Stössel 4 ist mit den Anschlag 23 gegen die Nase 21 der von der Blattfeder 24 rückgestellten Klinke 20 geführt. Der von Anker 8, Joch 16 und Permanentmagnet 17 gebildete magnetische Kreis ist geschlossen. Der Anker 8 liegt auf den Polflächen des Jochs 16 auf. Die Blattfeder 25 übt entgegen der Kraft des magnetischen Kreises ein von der geringen Kraft Fa erzeugtes Drehmoment aus, welches das linke Ende des Ankers 8 von den Polflächen abreissen möchte.
  • Beim Auftreten eines Fehlerstroms schwächt das magnetische Feld eines vom Summenstromwandler in die Auslösespule 10 eingespeisten Stromsignals das Feld des magnetischen Kreises im Bereich des Ankers 8. Der Anker wird unter Wirkung der Blattfeder 25 im Uhrzeigersinn gekippt und dreht durch Aufschlagen auf die Nase 22 die Klinke 20 im Gegenuhrzeigersinn. Die Nase 21 gibt nun den Anschlag 23 frei und der Stössel 4 kann nun mit einer für eine sichere Betätigung des Schaltschlosses des FI-Schalters erforderlichen grossen Kraft nach oben geführt werden.
  • Entsprechend den Ausführungsbeispielen gemäss den Figuren 1 bis 6 kann der Auslöser nach Abstellen des Fehlerstroms durch Eindrücken des Stössels 4 wieder geladen werden. Die Blattfeder 24 übt hierbei auf die Klinke 20 ein im Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment aus.
  • Auch bei diesem Auslöser ist die auf den Anker 8 wirkende, von der Blattfeder 25 erzeugte Vorspannkraft kleiner bemessen als die vom Stössel 4 bei dessen Wirkung auf die Kontaktanordnung des FI-Schalters übertragene Kraft. Daher kann auch dieser Auslöser mit einer äusserst geringen Leistung ausgelöst werden.
  • Eine entsprechende Wirkung kann auch durch eine geeignet ausgebildete und angeordnete Kulissensteuerung erreicht werden, welche in dosierter Weise Kraft von einem Energiespeicher, beispielsweise einem geladenen Federelement, auf den Anker 8 und auf den Stössel 4 überträgt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Boden
    2
    Deckel
    3
    Öffnung
    4
    Stössel
    5
    Feder
    6
    Blattenden
    7
    Mittelteil
    8
    Anker
    9
    Zwischenboden
    10
    Auslösespule
    11, 12
    Vorsprünge
    13, 14
    Jochbleche
    15
    Luftspaltscheibe
    16
    Joch
    17
    Permanentmagnet
    18
    Antriebsfeder
    19
    Achse
    20
    Klinke
    21, 22
    Nasen
    23
    Anschlag
    24, 25
    Blattfedern
    26
    Achse
    27
    Anschrägung
    28
    Dämpfungsfeder
    29
    Stromanschlüsse
    30
    Polflächen
    31
    Verbindungsstelle
    32
    Schnappfeder
    33
    Schraubenfeder

Claims (10)

  1. Auslöser, insbesondere für einen Fehlerstrom-Schutzschalter, mit
    einem konstanten magnetischen Dauerfluss führenden und ein feststehendes Joch (16) und einen beweglichen Anker (8) enthaltenden magnetischen Kreis,
    einer auf den magnetischen Kreis wirkenden Auslösespule (10) zur Bildung eines den magnetischen Dauerfluss am Ort des Ankers (8) schwächenden magnetischen Flusses beim Auftreten einer Auslösegrösse, insbesondere eines Fehlerstroms,
    einem vorgespannten Federelement zur Belastung des Ankers (8) entgegen einer vom magnetischen Dauerfluss erzeugten Kraft und zum Öffnen des magnetischen Kreises durch Abheben des Ankers (8) vom Joch (16) beim Auftreten der Auslösegrösse, und mit
    einem vom sich abhebenden Anker (8) auslösbaren Stössel (4) zur Betätigung eines Gerätes, insbesondere eines Schaltschlosses des Fehlerstrom-Schutzschalters,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement eine auf das Stössel (4) wirkende Teller- oder Schnappfeder (5, 32) enthält.
  2. Auslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement neben der Schnapp- oder Tellerfeder (32) eine Schraubenfeder (33) aufweist.
  3. Auslöser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (33) die Schnappfeder (32) mit einer Vorspannkraft beaufschlagt.
  4. Auslöser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnappfeder (5, 32) eine bügelförmig gekrümmte und mit ihren Enden (6) in Halterungen (11, 12) gelagerte Blattfeder ist mit einem auf das Stössel (4) wirkenden Mittelteil (7).
  5. Auslöser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (7) auf der vom Stössel (4) abgewandten Seite den Anker (8) trägt.
  6. Auslöser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (7) auf der dem Stössel (4) zugewandten Seite eine Dämpfungsfeder (28) trägt.
  7. Auslöser, insbesondere für einen Fehlerstrom-Schutzschalter, mit
    einem konstanten magnetischen Dauerfluss führenden und ein feststehendes Joch (16) und einen beweglichen Anker (8) enthaltenden magnetischen Kreis,
    einer auf den magnetischen Kreis wirkenden Auslösespule (10) zur Bildung eines den magnetischen Dauerfluss am Ort des Ankers (8) schwächenden magnetischen Flusses beim Auftreten einer Auslösegrösse, insbesondere eines Fehlerstroms,
    einem vorgespannten Federelement zur Belastung des Ankers (8) entgegen einer vom magnetischen Dauerfluss erzeugten Kraft und zum Öffnen des magnetischen Kreises durch Abheben des Ankers (8) vom Joch (16) beim Auftreten der Auslösegrösse, und mit
    einem vom sich abhebenden Anker (8) auslösbaren Stössel (4) zur Betätigung eines Gerätes, insbesondere eines
    Schaltschlosses des Fehlerstrom-Schutzschalters,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Stössel (4) von einer Antriebsfeder (18) mit Vorspannkraft beaufschlagt und von einer vom Anker (8) auslösbaren Verklinkung gehalten ist.
  8. Auslöser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verklinkung eine um eine feststehende Achse (19) kippbare Klinke (20) mit zwei Nasen (21, 22) aufweist, von denen eine erste (21) bei geschlossenem magnetischen Kreis auf einem am Stössel (4) angebrachten Anschlag (23) aufliegt und eine zweite (22) beim Auftreten eines Fehlerstroms mit dem Anker (8) zusammenwirkt.
  9. Auslöser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verklinkung eine feststehende Ladefeder (24) aufweist, welche die Klinke (20) nach dem Auslösen mit einer Rückstellkraft beaufschlagt.
  10. Auslöser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (8) drehbar gelagert ist und bei geschlossenem magnetischem Kreis von einer feststehend angeordneten gekrümmten Blattfeder (25) vorgespannt ist.
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