DE2348613C2

DE2348613C2 - Selbstschalter, insbesondere Schutzschalter

Info

Publication number: DE2348613C2
Application number: DE2348613A
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 8400 Regensburg Drubig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-09-27
Filing date: 1973-09-27
Publication date: 1975-11-06
Also published as: BE820214A; CS200174B2; NO137029C; FR2246052B1; DK140817B; JPS5060776A; DK474074A; DE2348613B1; ATA719474A; DD114169A5; FR2246052A1; FI58844B; US3914720A; ZA746037B; DK140817C; FI277674A; GB1486261A; IT1022195B; JPS5639013B2; FI58844C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Selbstschalter, insbesondere Schutzschalter, mit einem Schaltschloß und einem Magnetauslöser, der zwei samt ihren Arbeitsluftspalten in einem gemeinsamen, einen Magnetkern mit Erregerspule und insbesondere ein Magnetjoch enthaltenden Magnetkreis dieses Magnetauslösers liegende Anker aufweist, von denen der erste

auf einen Entklinkungshebel des Schaltschlosses und derzweite auf einen beweglichen Kontaktteil einwirkt.

Ein derartiger Selbstschalter ist aus der deutschen

Offenlegungsschrift 21 15 030 bekannt. Der auf den

Entklinkungshebel des Schaltschlosses einwirkende

Anker ist hier ein Klappanker, während der auf den beweglichen Kontaktteil einwirkende Anker ein Tauchanker ist. Parallel zum Arbeitsluftspalt des Klappankers Hegt ein aus magnetischem Werkstoff bestehender Nebenschlußkörper, der bewirkt, daß bei ansteigendem Strom in der Erregerspule des Magnetauslösers der Magnetfluß zunächst über den Arbeitsluftspalt des Tauchanker und durch den zu diesem Arbeitsluftspalt Ui Reihe liegenden magnetischen Nebenschlußkörper verläuft. Erst nach Sättigung des

magnetischen Nebenschlußkörpers verläuft genügend Magnetfluß über den Arbeitsluftspalt des Klappankers, so daß dieser angezogen wird und das Schaltschloß auslöst. Da der den Nebenschlußkörper durch-

dringende Magnetfluß auch durch den Arbeitsluftspalt des auf den beweglichen Kontaktteil einwirkenden Tauchankers verläuft, ist der Ansprechstrom des auf den beweglichen Kontaktteil einwirkenden Tauchankers kleiner als der Ansprechstrom des auf den Eütklinkungshebel des Schaltschlosses einwirkenden Klappankers. Dies bedeutet aber, daß der Tauchanker vor dem Klappanker anspricht und auf das bewegliche Kontaktteil einwirkt, bevor das Schaltschloß entklinkt wird- Zur einwandfreien Funktion eines Selbstschalters ist es jedoch erforderlich, daß der Ansprechstrom des das Schaltschloß entklinkenden Ankers kleiner ist als der Ansprechstrom des unmittelbar auf einen beweglichen Kontaktteil im Öffnungssinne einwirkenden Ankers. Dies kann bei dem bekannten Selbstschalter nur erzielt werden, wenn der Tauchanker besonders stark gefesselt ist. Diese starke Fesselung des Tauchankers bewirkt aber, daß er nur unter Einwirkung erheblicher Magnetkräfte zum Ansprechen gebracht werden kann.

Die zum Auslösen des Schaltschlosses erforderliche Amperewindungszahl der Erregerspule des Magnetauslösers ist durch jene Amperewindungszahl gegeben, die unter Überwindung des Taucherluftspaltes den Nebenschlußkörper sättigt, zuzüglich der Amperewindungszahl, die unter Überwindung des Tauchankerluftspaltes und Klappankerluftspaltes dem Klappanker die für die Auslösung des Schaltschlosses erforderliche Kraft verleiht. Weitere Amperewbdungen sind zur Überwindung der starken Fesselungskraft am Tauchanker und zum Erzielen einer ausreichend hohen öffnungsgeschwindigkeit und Öffnungskraft des Tauchankers erforderlich. Deshalb sind zum Erzielen einer genügend hohen Kraft des Tauchankers beim bekannten Selbstschalter außer den hohen Amperewindungszahlen große geometrische Abmessungen des Eisenkreises des Magnetauslösers und damit auch große Abmessungen des Selbstschalters erforderlich.

Wegen der erforderlichen großen geometrischen Abmessungen (Querschnitt) des Eisenkreises des Magnetauslösers und der erforderlichen großen Kraft des Tauchankers steigt ferner beim bekannten Selbstschalter die auf den Klappanker wirkende Magnetkraft bei Strömen, die größer als der Ansprechstrom dieses Klappankers sind, weiter quadratisch an. Daher ist dieser Selbstschalter besonders empfindlich gegen kurzzeitige Stromimpulse, z. B. Einschaltimpulse mit von Glühlampen- oder Leuchtstofflampengruppen kapazitiver Kompensation, die in unerwünschter so Weise die Auslösung des Selbstschalters bewirken, wenn diese Stromimpulse den Ansprechstrom des Klappankers auch nur geringfügig überschreiten. Außerdem hat der bekannte Selbstschalter wegen dieser hohen Impulsempfindiichkeit nur eine sehr geringe oder praktisch keine Selektivität zu einem nachgeichalteten strombegrenzenden Selbstschalter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die besagte starke Fesselung des auf den beweglichen Kontaktteil einwirkenden Ankers zu vermeiden und die geometrischen Abmessungen des Eisenkreises und die zum Ansprechen des auf das Schaltschloß einwirkenden Ankers erforderlichen Amperewindungen der Erregerspule des Magnetauslösers klein zu halten.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Selbstschalter der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Arbeitsluftspalt des zweiten, auf den beweglichen Kontaktteil einwirkenden Ankers ein magnetischer Nebenschluß liegt, der diesen Arbeitsluftspalt wenigstens teilweise magnetisch überbrückt.

Mit steigenden Überströmen in der Erregerspule des Magnetauslösers durchdringt der Magnetfluß zunächst den zum Arbeitsluftspalt des auf den beweglichen Kontaktteil einwirkenden Ankers parallelen Nebenschluß und zugleich den zu diesem Nebenschluß in Reihe liegenden Arbeitsluftspalt des ersten, auf den Entklinkungshebel des Schaltschlosses einwirkenden Ankers. Der bewegliche Kontaktteil, auf den der zweite Anker einwirkt, kann vom Schaltschloß betätigbar sein. Die zum Ansprechen des auf das Schaltschloß einwirkenden Ankers erforderliche Amperewindungszahl ist bis Zur magnetischen Sättigung des Nebenschlusses nur durch den Arbeitsluftspalt des ersten, auf den Entklinkungshebel des Schaltschlosses einwirkenden Ankers gegeben. Von den Werten der Überströme ab, bei denen der Nebenschluß in die magnetische Sättigung übergeht, liegt zu dem Arbeitsluftspalt des ersten Ankers der Arbeitsluftspalt des zweiten Ankers, der unmittelbar auf das bewegliche Kontaktteil einwirkt, entweder in Reihe oder parallel, so daß an ihm erst von diesen Überströmen ab eine Kraftwirkung auftritt.

Trotz der geringen geometrischen Abmessungen des Eisenkreises und der geringen zum Ansprechen des auf das Schaltschloß einwirkenden Ankers erforderlichen Amperewindungen der Erregerspule des Magnetauslösers ist der erfindungsgemaße Selbstschalter ein schneller Schalter, der ohne weiteres als strombegrenzender Schalter ausgeführt sein kann.

Günstigerweise ist der zum Arbeitsluftspalt des zweiten, auf den beweglichen Kontaktteil einwirkenden Ankers parallelliegende Nebenschluß so bemessen, daß er beim Scheitelwert eines die Erregerspule des Magnetauslösers durchfließenden, im Toleranzbereich des Ansprechstromes des ersten, auf den Entklinkungshebel wirkenden Ankers des Masnetauslösers liegenden Stromes in die magnetische Sättigung übergeht oder gerade magnetisch gesättigt ist. Dadurch ist für den auf den beweglichen Kontaktteil einwirkenden Anker sogar praktisch überhaupt keine Fesselung, sondern allenfalls nur eine schwache Fixierung, z. B. durch eine schwache und weiche Fixierfeder, erforderlich. Ferner wird hierdurch erreicht, daß die Kraft des auf das Schaltschloß einwirkenden Ankers oberhalb seines Ansprechwertes nicht mehr weiter quadratisch ansteigt. Deshalb ist der auf den Entklinkungshebel des Schaltschlosses einwirkende Anker besonders unempfindlich gegen die Beaufschlagung der Erregerspule des Magnetauslösers mit impulsartigen Strömen (Selektivität). Der Toleranzbereich des Ansprechstromes· ist z. B. durch die verschiedenen möglichen Phasenlagen der Stromschwingungen, durch den zeitlichen Verlauf dieser Stromschwingungen und durch die mechanischen Eigenschaften des Selbstschalters und anderes bedingt. Es gibt Sicherheitsvorschriften für Selbstschalter, nach denen dieser Toleranzbereich innerhalb vorgegebener Grenzen liegen muß. BeUn Überschreiten der Obergrenze muß der Selbstschalter stets auslösen, während er unterhalb der Untergrenze nicht auslösen darf. Die Impulsempfindiichkeit des Magnetauslösers bzw. das Selektivitätsverhalten des Selbstschalters ist durch den magnetischen Sättigungsgrad beeinflußbar, der durch den Ansprechstrom im magnetischen Nebenschlußkörper erzielt wird.

Ein erfindungsgemäßer Selbstschalter hat insbesondere den Vorteil, daß der Luftspalt des unmittelbar auf den beweglichen Kontaktteil einwirkenden Schlagankers und dabei beispielsweise auch der Kontaktabbrand und die Fertigungstoleranzen keinerlei Einfluß auf die für die Funktion des auf den Entklinkungshebel des Schaltschlosses einwirkenden Ankers erforderliche Amperewindungszahl der Erregerspule des Magnetauslösers zum Entklinken des Schaltschlosses hat.

Auch mehrpolige Selbstschalter mit mindestens einem beweglichen Kontaktteil je Pol, einem einzigen Schaltschloß oder einem Schaltschloß je Pol und einem Magnetauslöser je Pol können entsprechend der Erfindung ausgebildet sein. Hierbei kann es sich um Leitungsschutzschalter, Leistungsschalter und Motorschutzschalter handeln. Besonders vorteilhaft ist es, einen Drehstromleistungsschalter entsprechend der Erfindung auszubilden und jedem der drei Pole einen beweglichen Kontaktteil und einen Magnetauslöser zuzuordnen. Jeder der drei Magnetauslöser hat einen zum Auslösen des einzigen Schaltschlosses des Drehstromleistungsschalters dienenden, auf den Entklinkungshebel dieses Schaltschlosses einwirkenden Auslöseanker. Die drei Auslöseanker sind mit einer gemeinsamen Feder gefesselt, so daß die Summe der Kräfte der drei Auslöseanker auf diese Feder wirkt. Ferner hat jeder der drei Magnetauslöser einen zweiten, jeweils auf seinen ihm zugeordneten beweglichen Kontaktteil einwirkenden Schlaganker mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten magnetischen Nebenschluß zum Luftspalt. Dieser Drehstromleistungsschalter hat gegenüber einem strombegrenzenden Leistungsschalter entsprechend der deutschen Patentschrift 15 88 109 noch weiter verbesserte Selektivitätseigenschaften. Mit ihm werden Selektivitätswerte erreicht, die praktisch denen gleichen, die mit Drehstromleistungsschaltern mit zeitverzögerten magnetischen Auslösern erzielt werden. Die auf die beweglichen Kontaktteile einwirkenden Schlaganker sind durch die Kopplung der drei auf den Entklinkungshebcl des Schaltschlosses einwirkenden Auslöseanker in keiner Weise beeinflußt, so daß ein erfindungsgemäß ausgebildeter Drehstromleistungsschalter ein hohes Schaltvermögen hat und strombegrenzend ist. Die drei Auslöseanker können durch Verbindungsteile starr miteinander gekoppelt sein oder aber auch unabhängig voneinander am Entklinkungshebel des Schaltschlosses anliegen. Ferner können auch die drei Schlaganker durch Verbindungsteile starr miteinander gekoppelt sein und zum gleichzeitigen Aufschlagen der drei beweglichen Kontaktteile dienen. Sie können aber auch ungekoppelt sein und unabhängig voneinander auf den ihnen jeweils zugeordneten beweglichen Kontaktteil einwirken.

Aus den vorverößentlichten Unterlagen zum deutschen Gebrauchsmuster 17 98 768 ist zwar ein Selbstschalter mit einem Magnetauslöser bekannt, bei dem ein aus einem Eisenstreifen bestehender unbeweglicher Körper parallel zum Luftspalt zwischen dem Magnetkern und einem unmittelbar auf Kontaktteile schlagenden Tauchanker liegt und damit einen magnetischen Nebenschluß zu dem besagten Luftspalt bildet. Der Magnetauslöser weist jedoch keinen weiteren, auf den Entklinkungshebel eines Schaltschlosses einwirkenden Anker auf, und der Eisenstrelfen dient nur zur Übertragung eines hinreichend starken magnetischen Streufeldes auf die Lichtbogenstrecke, die dadurch beim Öffnen der Kontaktteile beim Ausschalten kleiner Gleichströme beblasen wird. Der Eisenstreifen, insbesondere sein Querschnitt, ist daher so bemessen, daß er mit Sicherheit bei Strömen merklich unterhalb des Ansprechstromes des Magnetauslösers magnetisch gesättigt ist.

Ferner ist aus den vorveröffentlichten Unterlagen zum deutschen Gebrauchsmuster 18 40 006 ein Kurzschlußauslöser für einen Leistungsschalter bzw. für ίο einen Leitungsschutzschalter bekannt, welcher zwei Tauchanker aufweist, die beide mit einer einzigen, gemeinsamen Erregerspule zusammenwirken und von denen der eine auf die Klinke eines Schaltschlosses und der andere auf einen beweglichen Kontaktteil einwirkt. Es ist jedoch überhaupt kein magnetischer Nebenschluß zum Arbeitsluftspalt einer der beiden Tauchanker vorgesehen, sondern die zeitlich richtige Aufeinanderfolge des Entklinkens des Schaltschlosses und des Aufschiagens des beweglichen Kontaktteiles wird durch zwei Federn bewirkt. Jede dieser beiden Federn wirkt auf einen einzigen der beiden Tauchanker entgegen der auf ihn ausgeübten Magnetkraft. Beide Federn müssen in sehr aufwendiger Weise aufeinander abgestimmt werden. Außerdem ist eine hohe Amperewindungszahl zum Ansprechen des Kurzschlußauslösers erforderlich, da die Größe des einzigen zwischen den beiden Tauchankern befindlichen Luftspaltes durch die Summe der Arbeitswege der beiden Tauchanker gegeben ist. Weiterhin ist aus den vorveröffentlichten Unterlagen zum deutschen Gebrauchsmuster 19 47 578 ein Auslösemagnet für einen elektrischen Selbstschalter bekannt, der einen einzigen auf den Auslösemechanismus des Selbstschalters stößelartig einwirkenden Tauchanker aufweist. Dieser Tauchanker ist in einem koaxial zum Tauchanker angeordneten hülsenförmigen Magnetflußführungsteil geführt. Das Magnetflußführungsteil bildet einen den Arbeitsluftspalt des Tauch ankers teilweise überbrückenden magnetischen Nebenschluß, durch den die Auslösezeit des Selbstschalters verkürzt werden soll. Der bekannte Auslösemagnet weist überhaupt keinen zweiten, auf einen beweglichen Kontaktteil einwirkenden und damit zu einer Strombegrenzung führenden Anker und schon gar nicht einen zum Arbeitsluftspalt eines solchen Ankers parallelen magnetischen Nebenschluß auf.

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen F i g. 1 und 2 Ausführungsformen von Magnetauslösern eines erfindungsgemäßen Selbstschalters,

F i g. 3 und 4 magnetische Ersatzschaltbilder zu den Magnetauslösern nach den Fi g. 1 und 2,

F i g. 5 den Verlauf der magnetischen Induktion in den Luftspalten der Anker der Magnetauslöser nach den F i g. 1 und 2,

F i g. 6 den Kraftverlauf an den Ankern der Magnetauslöser nach den F i g. 1 und 2.

F i g. 7 und 8 eine andere Ausführungsform von Magnetauslösern eines erfindungsgemäßen Selbstschalters,

Fig. 9 und 10 magnetische Ersatzschaltbilder zu den Magnetauslösern nach den F i g. 7 und 8,

F i g. 11 den Verlauf der magnetischen Induktionen in den Luftspalten der Anker der Magnetauslöser nach den F i g. 7 und 8.

Fig. 12 den Verlauf der Kräfte auf den Anker der Magnetauslöser nach der. Fig. 7 und 8. In den F i g. 1 und 2 sind Magnetauslöser mit einem

7 8

aus Eisen bestehenden Magnetkern 1 dargestellt. ankers 3 größer wird, θ ist die von der Erreger-Diese Magnetauslöser weisen ferner U-förmige Ma- spule 5 ausgehende magnetische Erregung. In F i g. 3 gnetjoche 2 aus magnetischem Werkstoff, z. B. Eisen und 4 sind die sehr kleinen, großflächigen Bewegungsauf, die eine magnetische Verbindung zwischen dem luftspalte zwischen den Magnetjochen 2 und den bei-Magnetkem 1 und zwei Tauchankern 3 und 4 her- 5 den Tauchankern 3 und 4 nicht berücksichtigt, da sie stellen. Diese Tauchanker 3 und 4 sind koaxial inein- das Verhalten der Magnetauslöser nach den ¹Mg-I ander verschachtelt. Sie sind beide koaxial zu einem und 2 im Prinzip nicht beeinflussen.
Führungsrohr 6 aus nichtmagnetischem Werkstoff, Wie aus F i g. 3 hervorgeht, ist bei ungesättigtem, z. B. Messing, in diesem Führungsrohr 6 angeordnet, durch den Tauchankei 3 gebildeten magnetischen in dem sich ferner koaxial zum Führungsrohr 6 der io Nebenschluß zum Arbeitsluftspalt O₂ zwischen dem Magnetkern 1 befindet. Auf der äußeren Mantelfläche Magnetkern 1 und dem Tauchanker 4 der symbolische des Führungsrohrs 6 sitzt eine Erregerspule 5 des Schalter S₁ geschlossen und der symbolische Schalter Magnetauslösers. S₂ geöffnet, d. h., bei ungesättigtem Eisen des Tauch-

Beim Magnetauslöser nach F i g. 1 ist der auf einen ankers 3 verläuft der durch die magnetische Erregung Entklinkungshebel 7 eines Schaltschlosses 8 einwir- 15 der Erregerspule 5 hervorgerufene Magnetfluß prakkende Tauchanker 3 innerhalb des als zylindrischer tisch ausschließlich über den Arbeitsluftspalt S₁ zwi-Tauchanker4 ausgebildeten, unmittelbar auf einen sehen dem Magnetkern 1 und dem auf den Entbeweglichen Kontaktteil 9 einwirkenden Schlagankers klinkungshebel 7 einwirkenden Tauchanker 3. Ist das angeordnet Beim Magnetauslöser nach Fi g. 2 befin- Eisen des Tauchankers 3 und damit der magnetische det sich der unmittelbar auf den beweglichen Kon- 20 Nebenschluß zum Arbeitsluftspalt O₂ zwischen dem taktteil 9 einwirkende, als Tauchanker 4 ausgebildete Magnetkern 1 und dem Tauchanker 4 magnetisch ge-Schlaganker innerhalb des als Hohlzylinder ausge- sättigt, so gilt das magnetische Ersatzschaltbild nach führten, auf den Entklinkungshebel 7 des Schalt- F i g. 4, in dem der symbolische Schalter S₁ geöffnet Schlosses 8 einwirkenden Tauchankers 3. Der Tauch- und der symbolische Schalter S_a geschlossen ist. Daankcr 4 des Magnetauslösers nach F i g. 2 ist mit »5 durch ist in Serie zum magnetischen Widerstand einem zum Führungsrohr 6 koaxialen Stößel 4a aus /?m<«h des Arbeitsluftspaltes zwischen dem Magnetnichtmagnetischem Werkstoff versehen, der durch den kern 1 und dem Tauchanker 3 ein zusätzlicher magneals Itohlzylinder ausgeführten Magnetkern 1 geführt tischer Widerstand /?m<«2*i> ^m Serie geschaltet. Die ist und der beim Ansprechen des Tauchankers 4 auf Summe dieser beiden magnetischen Widerstände entden beweglichen Kontaktteil 9 des Schutzschalters 30 spricht einem Luftspalt zwischen dem Magnetkern 1 aufschlägt In der Ruhestellung der beiden Anker der und dem Tauchanker 4, der querschnittsgleich mit Magnetauslöser nach den F i g. 1 und 2 hat der Aus- dem Tauchanker 3 ist. Parallel zu diesen beiden in gangsluftspalt (Arbeitsluftspalt S₂) zwischen dem Ma- Serie geschalteten magnetischen Widerständen liegt gnetkem 1 und dem unmittelbar auf den beweglichen wegen des geschlossenen symbolischen Schalters S₂ Kontaktteil 9 einwirkenden Tauchanker 4 eine grö- 35 der magnetische Widerstand des Arbeitsluftspaltes ßere Länge als die Länge des Ausgangsluftspaltes zwischen dem Magnetkern 1 und dem Tauchanker 4, (Arbeitsluftspalt i,) zwischen dem Magnetkern 1 und der querschnittsgleich mit dem Tauchanker 4 ist und dem auf den Entklinkungshebel 7 einwirkenden der die Ausgangslänge des Arbeitsluftspaltes Λ₂ hat. Tauchanker 3. Im Falle der Fig.! ist der Querschnitt des Tauch-

Bei den Magnetauslösern nach den Fig. 1 und 2 40 ankere4, im Falle der Fig. 2 der Querschnitt des

wirkt der auf den Entklinkungshebei 7 des Schalt- Tauchankers 3 ringförmig.

Schlosses8 einwirkende Tauchanker3 als magneti- In Fig. 5 ist die magnetische InduktionB₁ im Arscher Nebenschlußkörper, der parallel zum Arbeits- beitsluftspalt zwischen dem Magnetkern 1 und dem luftspalt δ₃ zwischen dem Magnetkern 1 und dem un- Tauchanker 3 und die magnetische Induktion B₅ im mittelbar auf den beweglichen Kontaktteil 9 einwir- 45 Arbeitsluftspalt zwischen dem Magnetkern 1 und dem kenden Tauchanker 3 liegt. Dieser magnetische Ne- Tauchanker 4 der Magnetauslöser nach den F i g. 1 benschlußkörper überbrückt den Arbeitsluftspalt zwi- und 2 über dem Scheitelwert der magnetischen Erreschen dem Magnetkern 1 und dem Tauchanker 4 und regung § = »·? (Amperewindungen) aufgetragen geht bei Über- bzw. Kurzschlußströmen, die die Er- (f = Scheitelwert des Stromes). Zur Vereinfachung regerspule 5 durchfließen und die im Toleranzbereich 5° ist die zur Sättigung des Eisens der Tauchanker 3 und 4 des Ansprechstromes des Tauchankers 3 liegen, in erforderliche magnetische Erregung zu Null angemagnetische Sättigung über. nommen. Wie man erkennt, ist die Induktion B₂ im

Bei magnetisch ungesättigtem, auf den Entklin- Arbeitsluftspalt zwischen dem Magnetkern 1 und dem kungshebel 7 wirksamen Tauchanker 3, d. h. bei un- Tauchanker 4 so lange Null, wie das Eisen des Tauchgesättigtem magnetischem Nebenschlußkörper am SS ankcrs 3 magnetisch ungesättigt ist. Erst bei magne-Arbeitsluftspalt <3₂, gilt für die Magnetauslöser nach tisch gesättigtem Eisen des Tauchankers 3 steigt die den Fig. 1 und 2 das magnetische Ersatzschaltbild magnetische Induktion B₂ im Arbeitsluftspalt zwinach Fig. 3. Über symbolische SchalterSl und S2 sehen dem Magnetkern l'und dem unmittelbar au1 sind die magnetischen Widerstände Rmiöd und Ru^ den beweglichen Kontaktteil 9 einwirkenden Tauch· der Ausgangsluftspalte (Arbeitsluftspalte) zwischen ⁶° anker 4 an.

dem Magnetkern 1 einerseits und dem Tauchanker 3 Wie F 3 g. 6 zeigt, in der die auf die Anker ein

bzw. dem Tauchanker 4 parallel geschaltet. Der im wirkende Magnetkraft P über dem Scheitelwert dei

Zweig des magnetischen Widerstandes Rm,»^ des Ar- magnetischen Erregung s = w · f (Amperewindun

bcitsluftspaites zwischen dem Magnetkern 1 und dem gen) aufgetragen ist, steigt dementsprechend die au

Tauchanker 3 liegende symbolische Schalter Sl über- ⁶5 den dem Entklinkungshebcl 7 zugeordneten Tauch

brückt einen magnetischen Widerstand R_MlÄ2._Ä,^ um anker 3 einwirkende Magnetkraft P₁ sehr schnei

den der magnetische Widerstand R_M{i_V des Tauch- quadratisch bis zur Sättigung des Eisens des Tauch

ankers 3 bei magnetischer Sättigung des Tauch- ankers 3 an und wächst anschließend nur noch mi

9 10

eerineem Anstieg linear mit wachsender magnetischer dere den Vorteil, daß für den auf den Entklinkungs-Erreeung Erst nach dem Sättigen des Eisens des hebel 7 einwirkenden Tauchanker 3 nur ein Luftspalt Tauchankers 3 tritt auch eine Magnetkraft P₂ an dem zum Magnetkern 1 erforderlich ist, der eine relativ unmittelbar auf den beweglichen Kontaktteil 9 einwir- kleine Länge hat. Diese Luftspalllange ist nur durcn kenden Tauchanker 4 auf. Der Tauchanker 3 ist 5 die geometrische Ausb^:ldung des Schaltschlosses 8, günstigerweise so bemessen, daß er beim Scheitelwert d. h. durch den Auslöseweg des Klinkenhebels 7, beeines die Erregerspule 5 des Magnet auslösers durch- stimmt. Der Nennansprechstrom für den Selbstschallließendcn Stromes, der im Toleranzbereich Nl l/2-w ter braucht also nur eine magnetische Erregung aufdes Ansprechstromes dieses Tauchankers 3 liegt, in zubringen, die durch den erforderlichen relativ kleidie magnetische Sättigung übergeht oder gerade ma- 10 nen Luftspalt zwischen dem Magnetkern 1 und dem gnetisch gesättigt ist. dem Entklinkungshebel 7 zugeordneten Tauchanker 3 Wird die Erregerspule S des magnetischen Aus- und allenfalls noch durch die Entklinkungskraft des lösers nach den F i g. 1 und 2 von einem Kurzschluß- Schaltschlosses 8 bestimmt ist. Der Luftspalt zwischen strom in Höhe des Ansprechstromes des auf den Ent- dem Magnetkern 1 und dem unmittelbar auf den beklinkungsliebel 7 des Schaltschlosses 8 einwirkenden 15 weglichen Kontaktteil 9 einwirkenden Schlaganker ist Tauchankers 3 durchflossen, so steigt, wie F i g. 6 für die Dimensionierung des Magnetauslösers iu bezeigt, die auf den Tauchanker 3 einwirkende magne- zug auf den dem Entklinkungshebel 7 zugeordneten tische Kraft P quadratisch an und bewirkt im allge- Tauchanker 3 völlig belanglos. Insbesondere kann meinen nach mehreren Halbwcllen die Entklinkung dieser Luftspalt eine verhältnismäßig große Länge des Schaltschlosscs. Tritt in der Erregerspule S ein »o haben, so daß er nach einem großen Vorlaufweg mit Stromimpuls von der Dauer einer Wechselstromhalb- sehr großer Wucht und Geschwindigkeit auf den bewelle oder weniger auf, so wird durch den Strom- weglichen Kontaktteil 9 auftrifft und diesem eine sehr anteil, der den Toleranzbereich N/V^ ■ w des An- hohe öffnungsgeschwindigkeit verleiht. Trotz des sprechstromes des Tauchankers 3 überschreitet, nur großen Luftspaltes zwischen dem Magnetkern 1 und eine geringe Kraftsteigerung erreicht, die durch den 25 dem unmittelbar auf den beweglichen Kontaktteil 9 etwa linearen Anstieg der Kraft P₁ gegeben ist, so daß aufschlagenden Tauchanker 4 (Schlaganker) wird die die Entklinkung erst bei Strominipulsen erfolgt, die Dimensionierung des dem Entklinkungshebel 7 zugemerklich höher als der Ansprechstrom des Entklin- ordneten Entklinkungsteils des Magnetauslösers nach kungsankers sind. In beiden Entklinkungsfällen wird den Fi g. 1 und 2 im Hinblick auf den Ansprechstrom das Schaltschloß 8 ausgelöst und der bewegliche Kon- 30 des Tauchankers 3 nicht beeinflußt. Ferner ist praktaktteil 9 in Richtung eines Pfeiles 9 a vom ortsfesten tisch keine Fesselung des unmittelbar auf den beweg-Kontaktteil 10 wegbewegt. Bei höheren Kurzschluß- liehen Kontaktteil 9 einwirkenden Tauchankers 4 erströmen steigt nach der magnetischen Sättigung des forderlich, da an ihm erst eine Kraftwirkung auftritt, Eisens des Tauchankers 3, wie F i g. 6 zeigt, auch die wenn der die Erregerspule S durchfließende Strom auf den Tauchanker 4 ausgeübte Magnetkraft P₂ qua- 35 etwa den Wert des Ansprechstromes des Tauchdratisch an. Die Rückstellkraft einer relativ schwa- ankers 3 erreicht hat. Im allgemeinen wird man jechen, nur fixierend wirkenden Feder 13 des Tauch- doch die schwache Feder 13 vorsehen, die den Tauchankers 4 wird schnell überwunden, und der Tauch- anker 4 in der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausanker 4 wird unter Verringerung der Länge des Luft- gangslage fixiert.

spaltes zwischen ihm und dem Magnetkern 1 immer 40 Da nach Fi g. 6 bei den Ansprechstrom des Tauchmehr beschleunigt. Insbesondere bei diesen höheren ankers 3 übersteigenden Strömen in der Erreger-Kurzschlußströmcn kann der Bewegungsablauf des spule S sich entsprechend dem etwa linearen Ast der Tauchankers 4 vollkommen unabhängig von dem Be- Kurve der Kraft P₁ nur eine ziemlich geringe Erwcgungsablauf des auf den Entklinkungshebel 7 ein- höhung der Kraflbeaufschlagung des dem Entklinwirkenden Tauchanker« 3 erfolgen. Beide Bewegungs- 45 kungshcbcl 7 zugeordneten Tauchankers 3 ergibt, ist ablaufe sind nur von der Größe der Magnetkraft und ein erfindungsgemäßer Selbstschalter sehr unempfindder zu beschleunigenden Masse abhängig, und bei Hch gegen kurze Stromimpulse, z. B. Einschaltwesentlich über dem Ansprechstrom liegenden hohen impulse, und daher ohne Reduzierung der Nenn-Kurzschlußströmen ist es durchaus zulässig und sogar strombelaslung besonders geeignet als Schutzschalter erwünscht, daß bei entsprechender Abstimmung von 50 von Glüh- oder Leuchtstofflampengruppen, kapazi-Magnetkräitcn und Ankermassen der als Schlaganker tiven Stromkreisen u. dgl. Diese Eigenschaft ist auch wirkende Tauchanker 4 den vom Schaltschloß 8 be- besonders wichtig für die Reihenschaltung von instätigbaren beweglichen Kontaktteil 9 unmittelbar öff- besondere strombegrenzenden Leistung^chaltern. net, bevor das Schaltschloß 8 entklinkt ist. Da auch Tritt hinter dem nachgeordneten strombegrenzender auf den dem Entklinkungshebel 7 zugeordneten 55 Leistungsschalter ein Kurzschluß auf, so wird diesel Tauchanker 3 eine steigende Kraft einwirkt, erfolgt in nachgeordnete Leistungsschalter in einer Zeit kleinei einem solchen Falle die Entklinkung des Schalt- als die Halbperiode des Wechselstromes ausschalten Schlosses in Bruchteilen einer Millisekunde nach der und den unbeeinflußten Kurzschlußstrom in seinei Kontaktölfnung durch den Tauchanker 4, ohne daß Höhe begrenzen, so daß nur ein einzelner Stromes zu einem Pumpen des Tauchankers 4 auf den vom 60 impuls auf den Magnetauslöser des übergeordneter Schaltschloß nicht freigegebenen beweglichen Kon- Leistungsschalter einwirkt. Ist dieser übergeordnete taktteil 9 kommt. Die bei hohen Kurzschlußströmen Leistungsschalter ein Selbstschalter gemäß der Erfinso erfolgende schnelle Öffnung der Kontaktstrecke dung, so ist er auf diesen einzelnen Stromimpuls wcbewirkt In Verbindung mit einer hinreichend hohen sentlich unempfindlicher als bekannte Selbstschaltei Lichtbogenspannung die Strombegrenzung und damit 65 und löst daher erst bei wesentlich höheren unbeein· das hohe Schaltvermögen. flußten Kurzschlußströmen als bekannte Selbstschal Ein erfindimgsgemäßer Selbstschalter mit einem ter aus, so ds8 also eine wesentliche Steigerung dei Magnetauslöscr nach den Fi g. 1 und 2 hat insbeson- Selektivität erreicht ist.

Die gleichen Vorteile hat ein erfindungsgemäßer Selbstschalter mit Magnetauslösern nach den F i g. 7 und 8. Beim Magnetauslöser nach F i g. 7 ist der magnetische Nebenschluß durch einen unbeweglichen, im Magnetkreis des Magnetauslösers liegenden Körper aus magnetischem Werkstoff gebildet. Dieser Körper aus magnetischem Werkstoff besteht aus einem Hohlzylinder 15, der an einer Stirnflüche in den Magnetkern 1 des Magnetauslösers übergeht. In diesem Hohlzylinder IS ist der über den nichtmagnetischen Stößel 4fl unmittelbar am beweglichen Kontaktteil 9 einwirkende ebenfalls zylinderförmige Tauchanker 4 aus magnetischem Werkstoff angeordnet. Der Hohlzylinder 15 überbrückt als magnetischer Nebenschluß vollständig den Arbeitsluftspalt <5₂ zwischen dem Tauchanker 4 und dem Magnetkern 1. Die Erregerspule 5 sitzt auf dem Magnetkern 1 und dem Hohlzylinder 15. An einem abgewinkelten Magnetjoch 2 ist ein Klappanker 3 α angebracht, der auf den Entklinkungshebel 7 des Schaltschlosses 8 einwirkt und der sich gegenüber der Polfläche la des Magnetkerns 1 befindet. Der Stößel 4 a ist konzentrisch durch den Magnetkern 1 geführt. Der Magnetkern 1 mit dem Hohlzylinder 15, das Magnetjoch 2 und der Klappanker 3 α bilden einen geschlossenen Magnetkreis. Dem Klappanker 3 α ist eine Rückstellfeder 14 zugeordnet, während der Tauchanker 4 eine schwache Feder 13 aufweist, die ihn in der in F i g. 7 dargestellten Ausgangslage fixiert. Der Hohlzylinder 15 ist so bemessen, daß er beim Scheitelwert eines die Erregerwicklung 5 durchfließenden Stromes im Toleranzbereich des Ansprechstromes des Klappankers 3 a gerade magnetisch gesättigt ist.

Der Magnetauslöser nach F i g. 8 weist einen Magnetkern 1 mit einem an einer Stirnfläche befindlichen Zapfen 1 b auf, die beide aus magnetischem Werkstoff bestehen. Der auf den Entklinkungshebel 7 des Schaltschlosses 8 einwirkende Anker besteht aus einer in einer Führung 16 geführten Platte 3 b aus magnetischem Werkstoff, die mit einer Rückstellfeder 14 versehen ist. Die Erregerspule 5 sitzt auf einem Isolierstoffzylinder 6, in dem koaxial der Magnetkern 1 und der Zapfen 1 b angeordnet sind. Die Erregerspule 5 ist durch eine ringförmige Scheibe 17 aus unmagnetischem Werkstoff in einem aus einem Doppelwinkel bestehenden Magnetjoch 2 fixiert. Der unmittelbar auf den beweglichen Kontaktteil 9 einwirkende Anker ist als Tauchanker 4 ausgeführt, der koaxial in dem Isolierstoffzylinder 6 angeordnet ist und der eine 7.entrale koaxiale Bohrung 4 b zur Aufnahme des Zapfens 1 b aufweist. Dieser unbewegliche Zapfen 1 b bildet einen magnetischen Nebenschluß zum Luftspalt !wischen dem Magnetkern 1 und dem Tauchanker 4. Der Luftspalt zwischen dem Zapfen 1 b und dem Tauchanker 4 hat einen großen Querschnitt und kleine Länge. Der Zapfen 1 b ist vorteilhafterweise so bemessen, daß er beim Scheitelwert eines die Erregerspule 5 durchfließenden Stromes im Toleranzbereich des Ansprechstromes des durch die Platte 3 b gebildeten Ankers gerade magnetisch gesättigt ist.

Wie das magnetische Ersatzschaltbild nach F i g. 9 zeigt, in dem θ die von der Erregerspule 5 ausgehende magnetische Erregung,/?_Ml42) der magnetische Widerstand des Luftspaltes zwischen dem Magnetkern 1 und dem Tauchanker 4, R_MKt_t) der magnetische Widerstand des Luftspaltes zwischen der Platte 3 b bzw. dem Klappanker 3 α und dem Magnetkern I und S₁ ein symbolischer Schalter ist, der bei magnetisch ungesättigtem Hohlzylinder 15 bzw. Zapfen 1 b geschlossen und bei magnetisch gesättigtem Hohlzylinder 15 bzw. Zapfen I b geöffnet ist, ist der Luftspalt zwischen dem Magnetkern 1 und dem Tauchanker 4 bei magnetisch ungesättigtem Hohlzylinder 15 bzw. Zapfen 1 b zunächst nicht wirksam, d. h., der symbolische Schalter^, ist geschlossen. Lediglich der Arbeitsluftspalt (5, zwischen dem Klappanker 3α und dem Magnetkern 1 ist wirksam. Wie Fig. 10 zeigt, ist

ίο der symbolische Schalter S, bei magnetisch gesättigtem Hohlzylinder 15 bzw. Zapfen 1 b geöffnet, und der magnetische Widerstand des Arbeitsluftspaltes <)₂ zwischen dem Magnetkern 1 und dem Tauchanker 4 ist in Serie zum magnetischen Widerstand des Arbeitsluftspaltes <\ zwischen dem Klappanker 3ß bzw. Platte 3/j und dem Magnetkern 1 geschaltet.

Wie Fig. 11 zeigt, in der die Induktion B₁ im Luftspalt zwischen dem Klappanker 3 a bzw. der Platte 3 b und dem Magnetkern 1 und die Induktion ß₂ im Luftspalt zwischen dem Tauchanker 4 und dem Magnetkern 1 über dem Scheitclwcrt der magnetischen Erregung Q = w ■ / (Amperewindungen) für die Magnetauslöser nach den F i g. 7 und 8 aufgetragen ist, ist der Anstieg der Induktion B_x im Luftspalt zwischen

dem Klappanker 3 a bzw. der Platte 3 ft und dem Magnetkern 1 nur durch die Länge dieses Luftspaltes gegeben. Die magnetische Sättigung des Eisens im Hohlzylinder 15 bzw. im Zapfen Xb ist durch das Flächenverhältnis (F₁-F₂)ZF₁ gegeben, das für die F1 g. 11 zu etwa 1 : 2 angenommen wurde und in dem F₁ die Querschnittsfläche des Magnetkerns 1 und F., die Querschnittsfläche des Tauchankers 4 ist. Daher erhält der Induktionsverlauf im Luftspalt zwischen dem Klappanker 3 a bzw. der Platte 3 b und dem Magnetkern 1 einen Knick, wenn in ihm durch einen die Erregerspulc 5 durchfließenden Strom eine magnetische Induktion erzeugt wird, die bei etwa 50°» der Sättigungsinduktion liegt. Erst ab diesem Strom tritt ein Induktionsanstieg für die Induktion B., irn Arbeitsluftspalt Λ₂ zwischen dem Magnetkern 1 und dem Tauchanker 4 auf.

Fig. 12 zeigt aufgetragen über dem Scheitclwcrt der magnetischen Erregung β -·■- »ν · / (Amperewindungen) den hieraus resultierenden Verlauf der auf den Klappanker 3 α bzw. die Platte 3 h und der Tauchanker 4 ausgeübten Kräfte P₁ und P... Der Toleranzbereich N^I. ■ w für den die Erregerspulc 5 durchfließenden Ansprechstrom des Klappankers 3c liegt hier etwa im Bereich des Knicks der Kurve dei Kraft P₁ für den auf den Entklinkungshebel 7 de; Schaltschlosses 8 einwirkenden Klappanker 3«. Hierdurch ist gewährleistet, daß auf den unmittelbar au den beweglichen Kontaktteil 9 einwirkenden Tauch anker 4 erst eine Magnetkraft ausgeübt wird, wem bei kleinen Überlast- oder Kurzschlußströmen de Toleranzbereich des Ansprechstromes des Klapp ankers 3« überschritten ist.

Beim Magnetauslöser eines erfindungsgemäße! Selbstschalters kann der zum Luftspalt zwischen den Magnetkern und dem unmittelbar auf den beweg liehen Kontaktteil einwirkenden Anker parallel Hegende magnetische Nebenschluß auch durch eine! unbeweglichen Hohlzylinder aus magnetischem Werk stoff gebildet sein, in dem an einem Ende der Magnet kern und am anderen Ende der auf oen bewegliche Kontaktteil unmittelbar einwirkende Anker angeorc net ist. Zwischen dem Magnetkern und dem Höh zylinder kann sich eine Zwischenlage aus unmagnet

stoff befinden. Durch Ausdrehen eines [agnetkerns an der Stirnfläche, die dem linkungshebel des Schaltschlosses einwirer gegenüberliegt, kann für einen Teil äche die Länge des Luftspaltes zwischen

dem auf den Entklinkungshebel einwirkenden Anker und dem Magnetkern vergrößert und dadurch der Induktionsverlauf und die Magnetkraft variiert werden, die auf den dem Entklinkungshebel zugeordneten Anker ausgeübt wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Selbstschalter, insbesondere Schutzschalter, mit einem Schaltschloß und einem Magnetauslöser, der zwei samt ihren Arbeitsluftspalten in einem gemeinsamen, einen Magnetkern mit Erregerspule und insbesondere ein Magnetjoch enthaltenden Magnetkreis dieses Magnetauslösers liegende Anker aufweist, von denen der erste auf einen Entklinkungshebel des Schaltschlosses und der zweite auf einen beweglichen Kontaktteil einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Arbeitsluftspalt (<5 2) des zweiten auf den beweglicher« Kontaktteil einwirkenden Ankers (Tauchanker 4) ein magnetischer Nebenschluß liegt, der diesen Arbeitsluftspalt (<3 2) wenigstens teilweise magnetisch überbrückt.

2. Selbstschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Nebenschluß so bemessen ist, daß er beim Scheitelwert eines die Erregerspule (5) des Magnetauslösers durchfließenden, im Toleranzbereich des Ansprechstromes des ersten, auf den Entklinkungshebel (7) wirkenden Ankers (Tauchanker 3, Klappanker 3 a, Platte 3 b) des Magnetauslösers liegenden Stromes in die magnetische Sättigung übergeht oder gerade magnetisch gesättigt ist.

3. Selbstschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Nebenschluß durch den ersten, auf den Entklinkungshebel (7) des Schaltschlosses (8) einwirkenden Anker (Tauchanker 3) gebildet, ist (F i g. 1 und 2).

4. Selbstschalter nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsarbeitsluftspalt des auf den beweglichen Kontaktteil (9) einwirkenden zweiten Ankers (Tauchanker 4) größer als der Ausgangsarbeitsluftspalt des auf den Entklinkungshebel (7) des Schaltschiosses (8) einwirkenden ersten Ankers (Tauchanker 3, Klappanker 3 a, Platte 3 b) ist.

5. Selbstschalter⁷HaCh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der erste, auf den Entklinkungshebel (7) des Schaltschlosses (<8) einwirkende, als auch derzweite, auf den beweglichen Kontaktteil (9) einwirkende Anker als Tauchanker (3, 4) ausgebildet sind (F i g. 1 und 2).

6. Selbstschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tauchanker (3, 4) koaxial in den anderen Tauchanker (4, 3) geschaltet ist und daß beide Tauchanker (3, 4) koaxial zum Magnetkern (1) des Magnetauslösers angeordnet sind (Fig. 1 und 2).

7. Selbstschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzei« hnet, daß der magnetische Nebenschluß durch einen unbeweglichen, im Magnetkreis des Magnetauslösers liegenden Körper (Hohlzylinder 15; Zapfen Ib) aus magnetischem Werkstoff gebildet ist (F i g. 7 und 8).

8. Selbstschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der den magnetischen Nebenschluß bildende unbewegliche Körper ein langgestreckter Hohlkörper, insbesondere ein Hohlzylinder (15) ist, in dem der als Tauchanker (4) ausgebildete, auf den beweglichen Kontaktteil (9) einwirkende zweite Anker angeordnet ist und der entweder ah einer Stirnfläche in den Magnetkern

(1) des Magnetauslösers übergeht (F i g. 7) oder in dem sich dieser Magnetkern (1) befindet.

9. Selbstschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der den magnetischen Nebenschluß bildende, unbewegliche Körper ein langgestreckter, zum Magnetkern (1) koaxialer Zapfen (1 b) ist, der sich an einer Stirnfläche des Magnetkerns (1) befindet und der in eine zum Magnetkern (1) koaxiale Bohrung in dem als Tauchanker (4) ausgebildeten, auf den beweglichen Kontaktteil (9) einwirkenden Anker greift (F i g. 8).

10. Selbstschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den Entklinkungshebel (7) des Schaltschlosses (8) einwirkende erste Anker ein Klappanker (3 α) oder eine Platte (3 b) und der auf den beweglichen Kontaktteil (9) einwirkende zweite Anker ein Tauchanker (4) ist (Fig. 7 und 8).

11. Selbstschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Pole mit je einem beweglichen Kontaktteil (9) und je einem auf dieses Kontaktteil (9) einwirkenden Anker (Tauchanker 4) und für jeden der drei Pole ein eigener Magnetauslöser mit einem dem Arbeitsluftspalt (ό 2) des auf den beweglichen Kontaktteil (9) einwirkenden Ankers (Tauchanker 4) zugeordneten magrt ischen Nebenschluß vorgesehen sind, daß ferner ein einziges Schaltschloß vorgesehen ist und daß die auf den Entklinkungshebel dieses Schaltschlosses einwirkenden Anker der drei Magnetauslöser an einer gemeinsamen Fesselungseinrichtung miteinander gekoppelt sind.