EP0309383B1

EP0309383B1 - Electromagnetic trip device for a low-voltage circuit breaker

Info

Publication number: EP0309383B1
Application number: EP88730202A
Authority: EP
Inventors: Martin Dipl.-Ing. Böttcher; Karl-Heinz Dipl.-Ing. Manthe; Bernhard Dr.-Ing. Pfeiffer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-09-22
Filing date: 1988-09-06
Publication date: 1993-04-28
Anticipated expiration: 2008-09-06
Also published as: DE3880604D1; DE3732256A1; EP0309383A1

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Auslöser eines Niederspannungs-Schaltgerätes mit einem magnetisierbaren Kern und mit einem diesen mit wenigstens einer Windung umschließenden mehrdrähtigen biegsamen Leiter als Bestandteil der Strombahn des Schaltgerätes.The invention relates to an electromagnetic release of a low-voltage switching device with a magnetizable core and with a multi-wire flexible conductor enclosing it with at least one turn as part of the current path of the switching device.

Ein elektromagnetischer Auslöser dieser Art ist durch die US-A-3 189 707 bekannt geworden. Der biegsame Leiter ist dabei eine Litze, die eine Anschlußvorrichtung des Schaltgerätes mit einem Bimetallstreifen verbindet und gleichzeitig mit mehreren Windungen den Kern des elektromagnetischen Auslösers umgibt. Dieser weist einen Spulenkörper mit Trennstegen auf, welche die Windungsisolation bilden.An electromagnetic release of this type is known from US-A-3 189 707. The flexible conductor is a stranded wire that connects a connection device of the switching device with a bimetallic strip and at the same time surrounds the core of the electromagnetic release with several turns. This has a coil former with separators, which form the winding insulation.

Prinzipiell erscheint die beschriebene Gestaltung für alle Schaltgeräte geeignet, deren Strombahn durch einen biegsamen Leiter gebildet werden kann. Diese Bedingung besteht über einen relativ großen Bereich von Nennströmen, wie sie bei Leitungsschutzschaltern beginnend bis zu Leistungsschaltern der Kompaktbauart gegeben sind. Allerdings ist zu beachten, daß die Schaltgeräte ganz unterschiedlichen Kurzschlußströmen ausgesetzt sein können. Diese beanspruchen die Auslöserwicklungen durch elektrodynamische Kräfte. Spreizungen oder sogar mechanische Zerstörung der Auslöserwicklungen können die Folgen sein. Auch wenn nur die Lage der Windungen durch die Kräfte verändert wird, stellt dies einen gefährlichen Schaden dar, weil der Ansprechwert des Auslösers verändert und die Schutzwirkung des Schaltgerätes beeinträchtigt sein kann.In principle, the design described appears to be suitable for all switching devices whose current path can be formed by a flexible conductor. This condition exists over a relatively large range of nominal currents, such as those starting with circuit breakers up to circuit breakers of the compact type. However, it should be noted that the switchgear can be exposed to very different short-circuit currents. These stress the trigger windings due to electrodynamic forces. Spreading or even mechanical destruction of the trigger windings can result. Even if only the position of the turns is changed by the forces, this represents dangerous damage because the response value of the release can change and the protective effect of the switching device can be impaired.

Die Verwendung eines durchgehenden Leiters hat gegenüber der gleichfalls gebräuchlichen Bauart mit auf einer Wickelmaschinen vorgefertigten Auslösespulen den Vorteil, daß die Anzahl von Verbindungsstelen im Verlauf der Strombahn des Schaltgerätes geringer ist.The use of a continuous conductor has a winding machine compared to the construction which is also common Prefabricated tripping coils have the advantage that the number of connecting steles is lower in the course of the current path of the switching device.

Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, den Anwendungsbereich der beschriebenen Bauart einer Auslöserwicklung in Richtung auf Schaltgeräte zu erweitern, die im Betrieb deutlich höheren Kurzschlußströmen ausgesetzt sein können, als dies bei Leitungsschutzschaltern nach der US-A-3 189 707 der Fall ist.Proceeding from this, the invention is based on the object of expanding the scope of the described type of trigger winding in the direction of switching devices which can be exposed to significantly higher short-circuit currents in operation than is the case with circuit breakers according to US Pat. No. 3,189,707.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der mehrdrähtige Leiter einen Isoliermantel besitzt und daß die Windungen in einem eine radiale Abstützung bildenden Hüllkörper angeordnet sind.According to the invention, this object is achieved in that the multi-wire conductor has an insulating jacket and that the windings are arranged in an enveloping body forming a radial support.

Der Isoliermantel des biegsamen Leiters sorgt für eine sichere Aufrechterhaltung der Windungsisolation auch in dem Fall, daß keine Trennstege für die Windungen vorgesehen sind. Ferner kann ein gesonderter Spulenkörper entfallen, weil der Isoliermantel auch die Aufgabe der Kernisolation übernehmen kann und demzufolge die Auslöserwicklung direkt auf den Eisenkern des Auslösers aufgebracht werden kann. Der Hüllkörper verhindert eine radiale Aufweitung der Wicklung und damit eine Beschädigung durch die mit einem hohen Kurzschlußstrom verbundenen elektrodynamischen Kräfte.The insulating jacket of the flexible conductor ensures that the winding insulation is reliably maintained even in the event that there are no separators for the windings. Furthermore, a separate coil former can be dispensed with because the insulating jacket can also take on the task of core insulation and consequently the release winding can be applied directly to the iron core of the release. The enveloping body prevents radial expansion of the winding and thus damage due to the electrodynamic forces associated with a high short-circuit current.

Es ist bereits bekannt, zur Herstellung einer Auslöserwicklung einen biegsamen Leiter zu verwenden, der im Bereich des Kernes des Auslösers einen Isoliermantel trägt (US-A-3 179 767). Hierbei handelt es sich jedoch um eine spezielle, nicht allgemein anwendbare Bauform, bei der sich der elektromagnetische Auslöser am Ende eines Bimetallstreifens befindet und die Auslöserwicklung nur eine Windung aufweist. Diese eine Windung wird auf dem Kern durch überlappten Verlauf des Leistungsschalters und Festziehen unter Knotenbildung befestigt. Diese Anordnung ist ungeeignet, wenn mehrere Windungen benötigt werden und wenn der Kurzschlußstrom eine Höhe erreichen kann, bei der die Gefahr einer Lösung des Knotens besteht.It is already known to use a flexible conductor for producing a trigger winding which carries an insulating jacket in the region of the core of the trigger (US Pat. No. 3,179,767). However, this is a special, not generally applicable design, in which the electromagnetic release is at the end of a bimetal strip and the release winding has only one turn. This one turn is attached to the core by overlapping the circuit breaker and tightening to form a knot. This arrangement is unsuitable if several turns are required and if the short-circuit current can reach a level at which there is a risk of the node becoming detached.

Der Hüllkörper kann durch eine Ausnehmung eines Trägers des Auslösers des Schaltgerätes gebildet sein. Die radiale Abstützung entsteht in diesem Fall durch das Einsetzen der Spule in die Ausnehmung.The enveloping body can be formed by a recess in a carrier of the trigger of the switching device. In this case, radial support is created by inserting the coil into the recess.

Ferner kann der Hüllkörper als gesondertes Schutzrohr ausgebildet sein. Diese Ausführungsform ist besonders für den Fall geeignet, daß der Elektromagnet des Auslösers als vormontierte Baugruppe in ein Schaltgerät eingebaut werden soll.Furthermore, the enveloping body can be designed as a separate protective tube. This embodiment is particularly suitable in the event that the electromagnet of the trigger is pre-assembled Assembly to be installed in a switching device.

Die erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the figures.

Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen Niederspannungs-Leistungsschalter in Kompaktbauart (MCCB) mit einem elektromagnetischen Auslöser.Figure 1 shows a section through a low-voltage circuit breaker in a compact design (MCCB) with an electromagnetic release.

Die Figuren 2 und 3 zeigen Beispiele für Spulen, die zur Verwendung in elektromagnetischen Auslösern vorgesehen sind.Figures 2 and 3 show examples of coils which are intended for use in electromagnetic triggers.

Die Figur 4 zeigt als Einzelheit einen Schnitt durch einen Leiter, der zur Bildung der Spule eines Elektromagneten vorgesehen ist.FIG. 4 shows in detail a section through a conductor which is provided for forming the coil of an electromagnet.

In der Schnittdarstellung gemäß der Figur 1 sind als Bestandteil eines Niederspannungs-Leistungsschalters 1 ein Gehäuseunterteil 2 und ein Gehäuseoberteil 3 gezeigt. Das Gehäuseunterteil 2 enthält die Strombahn des Leistungsschalters 1, die ausgehend von einer Anschlußvorrichtung 4 folgende Teile umfaßt:
Feststehendes Schaltstück 5, bewegbarer Schalthebel 6, biegsames Stromband 7, Klemmstück 10, Elektromagnet 11, Anschlußwinkel 12 und Anschlußvorrichtung 13. Der Elektromagnet 11 ist wesentlicher Bestandteil eines als Ganzes mit 8 bezeichneten Auslösers.In the sectional view according to FIG. 1, a lower housing part 2 and an upper housing part 3 are shown as part of a low-voltage circuit breaker 1. The lower housing part 2 contains the current path of the circuit breaker 1, which, starting from a connecting device 4, comprises the following parts:
Fixed switching piece 5, movable switching lever 6, flexible current band 7, clamping piece 10, electromagnet 11, connecting bracket 12 and connecting device 13. The electromagnet 11 is an integral part of a trigger designated as a whole by 8.

Der Elektromagnet 11 wirkt mit einem Klappanker 14 zusammen, der schneidenartig in einer Vertiefung 15 schwenkbar gelagert ist und an seinem freien Ende mit einer Auslösewelle 16 zusammenwirkt. Die Auslösewelle 16 beeinflußt in bekannter Weise die Verklinkung eines Schaltschlosses, das zur Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung in der Figur 1 fortgelassen ist. Verklinkbare Schaltschlösse sind in zahlreichen Ausführungen bekannt, so daß im vorliegenden Zusammenhang davon abgesehen werden kann, Einzelheiten eines solchen Schaltschlosses darzustellen und zu erläutern.The electromagnet 11 interacts with a hinged armature 14, which is pivotably mounted in a cutting-like manner in a recess 15 and interacts with a release shaft 16 at its free end. The trigger shaft 16 influences in a known manner the latching of a key switch, which has been omitted in FIG. 1 to simplify the drawing. Latchable switch locks are known in numerous designs, so that in the present context thereof can be disregarded to present and explain details of such a switch lock.

Im folgenden werden Einzelheiten des Elektromagneten 11 und seiner Anordnung in dem Leistungsschalter 1 erläutert.Details of the electromagnet 11 and its arrangement in the circuit breaker 1 are explained below.

Wie die Figur 1 zeigt, besitzt der Elektromagnet 11 einen U-förmigen Eisenkern 20 mit Polflächen 21, mit denen der Klappanker 14 zusammenwirkt. Auf dem Eisenkern 20 befindet sich eine Spule 22, die aus mehreren Windungen einer isolierten Litzenleitung gebildet ist. Zwischen den Windungen der Spule 22 und dem Eisenkern 20 kann eine zusätzliche Kernisolierung 23 vorgesehen sein.As FIG. 1 shows, the electromagnet 11 has a U-shaped iron core 20 with pole faces 21 with which the hinged armature 14 interacts. On the iron core 20 there is a coil 22 which is formed from several turns of an insulated stranded wire. An additional core insulation 23 can be provided between the turns of the coil 22 and the iron core 20.

Die Spule 22 ist dadurch gebildet, daß ein Abschnitt eines biegsamen, isolierten Leiters geeigneter Länge unmittelbar, d. h. von Hand oder mittels eines entsprechenden Manipulators oder Roboters, um den Eisenkern 20 herumgelegt wird. Dieser Vorgang ist ohne eine sonst übliche Wickelmaschine einfach ausführbar, weil die Litzenleitung nur eine geringe Biegesteifigkeit besitzt und somit die Windungen dicht an dem Eisenkern 20 anliegend und aufeinanderfolgend aufgebracht werden können. Hierbei ist es wesentlich, daß auch die anschließenden Teile der Strombahn des Leistungsschalters 1 bereits mit dem Litzenleiter in Verbindung stehen können. In dem gezeigten Beispiel kann daher bei der Herstellung der Spule 22 von einer Baugruppe ausgegangen werden, die einen Litzenleiter geeigneter Länge und mit diesem an den Enden verbundene weitere Teile umfaßt, insbesondere das Klemmstück 10 und den Anschlußwinkel 12.The coil 22 is formed by a portion of a flexible, insulated conductor of suitable length immediately, i.e.. H. by hand or by means of an appropriate manipulator or robot, around the iron core 20. This process can be carried out easily without an otherwise conventional winding machine, because the stranded wire has only a low bending stiffness and the windings can thus be applied tightly against the iron core 20 and in succession. It is essential that the subsequent parts of the current path of the circuit breaker 1 can already be connected to the stranded conductor. In the example shown, it is therefore possible to start with the manufacture of the coil 22 from an assembly which comprises a stranded conductor of suitable length and further parts connected to it at the ends, in particular the clamping piece 10 and the connection bracket 12.

Eine ausreichende Festigkeit gegenüber der elektrodynamischen Beanspruchung durch Kurzschlußströme erhält der Elektromagnet 11 durch seinen Einbau in eine passende Ausnehmung 25 eines Isolierkörpers 26, der als Träger des elektromagnetischen Auslösers des Leistungsschalters 1 ausgebildet ist. Der Träger 26 läßt sich als Block in dem Gehäuseunterteil 2 montieren. Es ist aber auch möglich, den Leistungsschalter 1 so auszugestalten, daß die Ausnehmung 25 in dem Gehäuseunterteil 2 selbst vorgesehen ist. Auf der dem Klappanker 14 zugewandten Seite ist die Ausnehmung 25 durch ein Verschlußstück 27 abgeschlossen, damit auch hier ein guter Schutz gegen eine Beschädigung der Spule 22 gewährleistet ist.The electromagnet 11 obtains sufficient strength against the electrodynamic stress caused by short-circuit currents through its installation in a suitable recess 25 of an insulating body 26, which is designed as a carrier of the electromagnetic release of the circuit breaker 1. The Carrier 26 can be mounted as a block in the lower housing part 2. But it is also possible to design the circuit breaker 1 so that the recess 25 is provided in the lower housing part 2 itself. On the side facing the hinged armature 14, the recess 25 is closed off by a closure piece 27, so that good protection against damage to the coil 22 is also ensured here.

Die in der Figur 2 gezeigte Spule 30 besteht gleichfalls aus einem isolierten, biegsamen Litzenleiter, der auf einen Spulenkörper 31 aufgewickelt ist. Eine zentrale Öffnung 32 des Spulenkörpers 31 dient zur Aufnahme eines Eisenkernes. Die Spule 30 wird in radialer Richtung durch einen im Durchmesser angepaßten Hüllkörper in Gestalt eines Rohrabschnittes 33 abgestützt. Durch einen Pfeil 34 ist in der Figur 2 die Richtung angedeutet, in welcher der Rohrabschnitt 33 über die Spule 30 geschoben wird. Für den Durchtritt der Enden der Spule 30 ist der Rohrabschnitt 33 an seiner vorderen Stirnseite mit einer Ausnehmung 35 versehen. Der Rohrabschnitt 33 kann beispielsweise aus einem Isoliermaterial bestehen. Nach dem Einfügen eines Eisenkernes in die Öffnung 32 des Spulenkörpers 31 und dem Anbringen von Polschuhen entsteht damit ein Elektromagnet, der in gleicher Weise wie der in der Figur 1 gezeigte Elektromagnet 11 mit einem Klappanker zusammenwirken kann. Wird dagegen anstelle eines aus Isolierwerkstoff bestehenden Rohrabschnittes 33 ein solcher aus magnetisierbarem Werkstoff, insbesondere einem weichmagnetischem Eisenblech gewählt, so kann, gleichfalls nach dem Einfügen eines Eisenkernes in die Öffnung 32, das eine Ende dieses Eisenkernes in Verbindung mit einer Stirnfläche des Rohrabschnittes 33 als Polfläche benutzt werden. Diese Anordnung eignet sich für lineare Auslösebewegungen. Ferner kann die Spule 30 mit einem als Tauchanker dienenden bewegbaren Eisenkern versehen werden, um eine Auslösebewegung für ein Schaltgerät zu erzeugen.The coil 30 shown in FIG. 2 likewise consists of an insulated, flexible stranded conductor which is wound onto a coil former 31. A central opening 32 of the coil former 31 serves to receive an iron core. The coil 30 is supported in the radial direction by an enveloping body in the form of a tube section 33 which is adapted in diameter. The direction in which the tube section 33 is pushed over the coil 30 is indicated by an arrow 34 in FIG. For the passage of the ends of the coil 30, the tube section 33 is provided with a recess 35 on its front face. The pipe section 33 can consist, for example, of an insulating material. After inserting an iron core into the opening 32 of the coil former 31 and attaching pole pieces, an electromagnet is thus created which can interact with a hinged armature in the same way as the electromagnet 11 shown in FIG. If, on the other hand, instead of a pipe section 33 made of insulating material, one made of magnetizable material, in particular a soft magnetic iron sheet, then, likewise after inserting an iron core into the opening 32, the one end of this iron core in connection with an end face of the pipe section 33 as a pole face to be used. This arrangement is suitable for linear release movements. Furthermore, the coil 30 can be provided with a movable iron core, which serves as a plunger anchor, in order to generate a triggering movement for a switching device.

Da es die Biegsamkeit eines isolierten Litzenleiters gestattet, auch von der Kreiszylinderform eines Wickelkernes abweichende Querschnitte dicht anliegend und fest ohne Zuhilfenahme einer Wickelmaschine zu bewickeln, können auf diese Weise auch Elektromagnete mit einer rechteckigen oder quadratischen Bauform hergestellt werden. Ein Beispiel hierfür zeigt die Figur 3, bei dem zur Abstützung einer entsprechend geformten Spule ein Rohrabschnitt 36 mit quadratischem Querschnitt gewählt ist. An einem Ende dieses Rohrabschnittes befindet sich ein stegartiger Ansatz 37 mit Befestigungslöchern 40. Auch eine solche Spule ist zur Bildung eines elektromagnetishen Auslösers vorteilhaft einsetzbar.Since the flexibility of an insulated stranded conductor allows cross-sections deviating from the circular cylindrical shape of a winding core to be tightly and tightly wound without the aid of a winding machine, electromagnets with a rectangular or square design can also be produced in this way. An example of this is shown in FIG. 3, in which a tubular section 36 with a square cross section is selected to support a correspondingly shaped coil. At one end of this tube section there is a web-like extension 37 with fastening holes 40. Such a coil can also be used advantageously to form an electromagnetic release.

In der Figur 4 ist ein kurzer Abschnitt eines mehrdrähtigen isolierten Leiters gezeigt, wie er für die Zwecke der Erfindung geeignet ist. Der Leiter 41 weist eine Anzahl dünner Kupferdrähte 42 auf, wie sie zur Herstellung der erforderlichen Leiterquerschnittes benötigt werden. Hierdurch ist trotz eines beträchtlichen Gesamtquerschnittes eine gute Biegsamkeit gewährleistet. Ein Isoliermantel 43 umschließt die Leiter 42 und vermag gleichzeitig die Aufgabe einer Kernisolation als auch der Windungsisolation zu erfüllen. Wie bereits erwähnt, kann jedoch eine zusätzliche Kernisolation vorgesehen sein. Für den Isoliermantel 43 eignen sich insbesondere isolierende Kunststoffe mit guter Wärmebeständigkeit, da die Spule des elektromagnetischen Auslösers in einem Niederspannungs-Leistungsschalter Bestandteil der Strombahn ist und demzufolge mit einer nennenswerten Erwärmung zu rechnen ist. Zur Verbindung von Abschnitten der Leitung 41 mit weiterführenden Bauteilen der Strombahn eines Leistungsschalters entsprechend der Figur 1 eignet sich insbesondere das Preßschweißen, bei dem die Wärmeanwendung im wesentlichen auf die Schweißstelle beschränkt bleibt und deshalb eine Beschädigung des Isoliermantels 43 nicht zu befürchten ist.FIG. 4 shows a short section of a multi-wire insulated conductor as is suitable for the purposes of the invention. The conductor 41 has a number of thin copper wires 42, as are required to produce the required conductor cross section. This ensures good flexibility despite a considerable overall cross section. An insulating jacket 43 surrounds the conductors 42 and at the same time is able to perform the task of core insulation and winding insulation. As already mentioned, additional core insulation can be provided. Insulating plastics with good heat resistance are particularly suitable for the insulating jacket 43, since the coil of the electromagnetic release in a low-voltage circuit breaker is part of the current path and consequently significant heating is to be expected. 1 is particularly suitable for connecting sections of the line 41 to further components of the current path of a circuit breaker in accordance with FIG.

Claims

Electromagnetic trip device (8) of a low-voltage circuit breaker (1), having a magnetisable core (20) and having a multi-wire flexible conductor (22), which encloses the core with at least one turn, as a component of the current path of the circuit breaker (1), characterised in that the multi-wire conductor (22, 41) has an insulating sheath (43) and in that the turns are arranged in an enveloping body (26; 33; 36) forming a radial support.
Trip device according to Claim 1, characterised in that the enveloping body is formed by a recess (25) in a carrier (26) of the trip device of the circuit breaker (1).
Trip device according to Claim 1, characterised in that the enveloping body is constructed as a separate protective tube (33; 36).