保护开关的电磁释放装置及保护开关 |
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| 申请号 | CN200810004170.1 | 申请日 | 2008-01-23 | 公开(公告)号 | CN101231925B | 公开(公告)日 | 2012-06-27 |
| 申请人 | 西门子公司; | 发明人 | 杰拉尔德·内尔勒; 伯恩哈德·施密德; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于保护 开关 (1)的电磁释放装置(2)，为了在较大的 电网 电压 范围中应用保护开关(1)，所述释放装置设置有至少一个适配设备(15)，该适配设备用于适配至少一个 衔 铁 (6)相对于保护开关(1)的 断路器 (3)的释放特性。具有电磁释放装置(2)的保护开关(1)可以在电网电压的较宽范围内通过一体化的断路器(3)来驱动。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于保护开关的电磁释放装置，具有： |
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| 说明书全文 | 保护开关的电磁释放装置及保护开关技术领域背景技术[0002] 在电设备中使用保护开关以保护人们免受接触导通电压的设备部分时危险的流过人体的电流是为人所熟知的。在这种保护开关中，故障电流保护开关和差动电流保护开关是不同的，其中故障电流保护开关不依赖于电网电压来工作，相反，差动电流保护开关则依赖于电网电压工作。故障电流保护开关和差动电流保护开关的原理性结构例如已在DE198 42 469 A1中说明。 [0003] 由于差动电流保护开关依赖于电网电压工作并且在电网电压 波动时还必须要安全地断电，所以产生这样的问题，即取决于电网电压，在差动电流保护开关的断路器上作用有不同的释放力。为了避免损害并且保证长的寿命，差动电流保护开关的断路器必须这样机械地设置，即断路器尽管经受大的电压波动，断路器也工作正常。已知的差动电流保护开关的缺点是，在基于待覆盖的电压范围适配不同的释放力时，在已知的断路器和简单的电磁释放装置一同使用时会带来问题。 发明内容[0004] 本发明的目的在于，可以在较大的电网电压范围内以简单的方式应用保护开关，特别是应用差动电流保护开关。 [0006] a.至少一个具有线圈轴线的电磁线圈， [0008] c.至少一个与电磁线圈和衔铁共同作用的磁轭，以及 [0009] d.至少一个适配设备，用于适配至少一个衔铁相对于保护开关 [0010] 的断路器的释放特性，该适配设备具有： [0011] i.至少一个适配器基体， [0012] ii.至少一个可相对于适配器基体围绕旋转轴线转动并且可以由至少一个衔铁驱动的适配器杆以断开断路器，以及 [0013] iii.至少一个与适配器基体和适配器杆共同作用的弹簧件。 [0014] 借助于至少一个可转动的适配器杆，能够以简单的方式实现释放特性的适配，特别是至少一个衔铁的释放行程及释放力的适配。至少一个与适配器杆共同作用的弹簧件一方面产生一个相对于由至少一个衔铁的释放力产生的力矩的反作用力矩，并且另一方面在驱动至少一个衔铁之后用于使至少一个适配器杆复位。 [0015] 通过至少一个适配器杆和与其共同作用的至少一个弹簧件，作用到保护开关的断路器上的力也可在较大的电压波动(例如50V到400V)时这样地设置，即一方面在电压范围的下限时，断路器被可靠地释放，并且另一方面在电压范围的上限时，高释放力不会使断路器损毁，从而提高断路器的寿命。因此，电磁释放装置以简单的方式实现了具有一体化的断路器的保护开关在电网电压的较宽的范围内使用。由此，仅仅为较大的电网电压范围机械地设置至少一个适配设备，而不像之前那样以复杂的方式设置保护开关的断路器，从而节省了成本。另外，成本节省由此实现，即可以应用这种故障电流保护开关的断路器，该断路器被设置用于恒定的释放力。 [0016] 本发明的有利的设计方案由从属于权利要求1的权利要求的特征得出。 [0017] 有利地，至少一个适配器杆具有与至少一个衔铁共同作用的第一接触区和与断路器共同作用的第二接触区，其中第一接触区相对于旋转轴线构成第一间距，第二接触区相对于旋转轴线构成第二间距，并且第二间距相对于第一间距的比例大于1.5，特别是大于2.0，尤其是大于2.5。通过间距的这种比例关系，使释放装置能够以简单的方式匹配于给定的断路器。对于匹配具有决定性意义的是在50V的电压下限时的最小力，从而使断路器被可靠地释放。 [0018] 合理地，至少一个适配器杆具有与至少一个弹簧件共同作用的第三接触区，其中第三接触区相对于旋转轴线构成第三间距，并且第一间距相对于第三间距的比例小于1.5，特别小于1.0，尤其是小于0.5。通过间距的这种比例关系，可以以简单的方式调节至少一个弹簧件作用到至少一个适配器杆上的反作用力，其中间距的比例越小，越可以减少适配设备的结构空间。在此，弹簧件这样设置，即一方面衔铁可以有效地回复到其初始位置，另一方面在50V的电压下限时确保足够的释放可靠性。 [0019] 此外，有利地提出，电磁释放装置具有至少一个与至少一个适配器基体和至少一个适配器杆共同作用的缓冲部件以缓冲至少一个适配器杆，在保护开关的例如400V的高电网电压时，通过至少一个缓冲部件来限制在释放时作用到断路器上的力和适配器杆的加速能量。 [0020] 合理地，至少一个缓冲部件相邻于第三接触区设置，靠近第三接触区的设置可以实现在至少一个适配器杆上的高限制力矩。 [0021] 另外，至少一个缓冲部件可与至少一个适配器杆一体地设计。一体的设计方案是成本低廉的。 [0022] 有利地，至少一个缓冲部件和至少一个适配器杆都由塑料制成。由塑料制成的设计方案是成本低廉的，并且防止了磁力作用到至少一个适配器杆和至少一个缓冲部件上。 [0023] 有利地提出，至少一个缓冲部件设计为棒形。缓冲部件的棒形的设计方案可以简单地制造并且是坚固的，通过至少一个缓冲部件的抗弯刚度可以以简单的方式调节在至少一个适配器杆上的限制力矩。 [0025] 接下来，通过参照附图对实施例的描述给出本发明其他的特征、优点及细节。 [0026] 图1示出了具有电磁释放装置的保护开关在初始状态中的原理图，以及[0027] 图2示出了具有电磁释放装置的保护开关在释放状态中的原理图。 具体实施方式[0028] 保护开关1设计为差动电流保护开关(DI保护开关)。保护开关1具有电磁释放装置2和与该释放装置共同作用的断路器3。 [0029] 电磁释放装置2包括具有相对于电磁线圈同心延伸的线圈轴线5的电磁线圈4和可沿着线圈轴线5移动的衔铁6。在电磁线圈4的外部设置有与电磁线圈4和衔铁共同作用的磁轭7，其设计为L型的板。L型的磁轭7包括基本上平行于线圈轴线5延伸的第一侧边8和基本上横向于线圈轴线5延伸的第二侧边9。第二侧边9具有同心于线圈轴线的磁轭孔10，释放销11穿过该磁轭孔。释放销11具有圆柱形的销基体12，在该销基体上一体地形成有基本上盘形的销头13，该销头径向突出销基体12并且形成销止挡部14。释放销11与衔铁6连接。 [0030] 此外，电磁释放装置2包括适配设备15，用于适配衔铁6的释放行程X和释放力FA。适配设备15具有适配器基体16，其固定在保护开关1的未示出的壳体上并且用于容纳电磁线圈4、衔铁6和磁轭7。适配器基体16在朝向断路器3的一侧上具有沿着线圈轴线5延伸的突出部17，在该突出部上，适配器杆18围绕横向于线圈轴线5延伸的旋转轴线19相对于适配器基体16可转动地设置。适配器杆18这样设计，即其可操作地用于通过衔铁 6和释放销11来释放断路器3。 [0031] 适配设备15还包括弹簧件20，其与适配器基体16和适配器杆18共同作用。弹簧件20被设计为圆柱形的扭簧，其中该扭簧具有纵向轴线21，其基本上与旋转轴线19一致。弹簧件20以其端部在适配器基体16和适配器18之间加偏压。 [0032] 适配器杆18具有与衔铁6和释放销11共同作用的第一接触区22以及与断路器3共同作用的第二接触区23。第一接触区22与旋转轴线19形成第一间距A1，第二接触区 23与旋转轴线19形成第二间距A2，其中第二间距A2相对于第一间距A1的比例大于1.5，优选大于2.0，更优选地大于2.5。此外，适配器杆18具有与弹簧件20共同作用的第三接触区24，其中第三接触区24相对于旋转轴线19形成第三间距A3。第一间距A1相对于第三间距A3的比例小于1.5，特别小于1.0，并且尤其是小于0.5。通过间距比例A2/A1和A1/A3来定义作用到适配器杆18上的力的转换比例。 [0033] 另外，适配设备15包括缓冲部件25，其与适配器基体16和适配器杆18共同作用以缓冲适配器杆18的运动并且相邻于第三接触区24设置在适配器杆18的朝向适配器基体16的一侧上。缓冲部件25是棒形的并且与适配器杆18一体地形成并且本身基本上横向于适配器杆18延伸。棒形的缓冲部件25与适配器杆18构成角度α，其中角度α在45°和90°之间，特别在60°和90°之间，尤其在60°和85°之间。为了更好地抵靠适配器基体16，缓冲部件25在其自由端上弯曲成半圆形。 [0034] 适配器杆18和缓冲部件25由塑料制成。可选地，适配器杆18和缓冲部件25也由一种金属材料制成。衔铁6和磁轭7也由磁性材料，特别是由铁制成。释放销11可以由磁性材料制成或由塑料制成。但释放销11优选地还是由塑料制成。 [0035] 断路器3设计为锁扣机构并且包括第一衔接部件26、与该第一衔接部件共同作用的第二衔接部件27以及止挡部件28。第一衔接部件26基本上设计为棒形并且围绕第一衔接部件旋转轴线29可转动地设置，其中第一衔接部件26的自由端延伸到适配器杆18的作用区域中。第一衔接部件26在朝向第二衔接部件27的侧面上具有第一衔接止挡部30。第二衔接部件27围绕第二衔接部件旋转轴线31可转动地设置并且在自由端上具有第二衔接止挡部32。衔接止挡部30、32共同形成衔接位置33。在第一衔接部件26的远离适配器杆18的一侧设置有止挡部件28。 [0036] 另外，保护开关1包括未示出的总和电流互感器和未示出的释放电子设备，保护开关1借助于这些设备连接到供电网络上，以保护人员安全。供电网络具有电网电压UN。在保护开关1的两极的设计方案中，该保护开关典型地在供电网络中以50V到230V之间的电网电压UN来工作。在保护开关1的三极或四极的设计方案中，该保护开关典型地在供电网络中以50V到400V之间的电网电压UN工作。对于保护开关1在供电网络中的原理性设置已在DE 19842 469 A1中说明。 [0037] 接下来将说明保护开关1的工作原理，图1示出了初始状态中的保护开关1。在该初始状态中，由保护开关1保护的供电网络将无故障地工作。没有电流流过电磁线圈4，从而没有释放力作用到衔铁6上。适配器杆18基于偏压的弹簧件20通过第一接触区22压向释放销11，其中释放销11通过销止挡部14向适配器基体16或可选地向磁轭7的侧边9抵靠。断路器3借助于衔接止挡部30、32衔接到衔接位置33，从而断路器3未被激活并且电流可以流过供电网络。 [0038] 如果在由保护开关1保护的供电网络中出现故障，例如由于人员触及到导通电压的部分，从而保护开关1的总和电流互感器检测出差动电流。该差动电流在总和电流互感器感应到一个电压，该电压是差动电流的一个值并依赖于电网电压UN并且通过电子设备放大。电压在电磁线圈4中导致电流流动，以至于由电磁线圈4产生磁场，其磁力线在电磁线圈4中基本上平行于线圈轴线5延伸。磁场通过磁轭7来放大。通过磁场使磁力作用到衔铁6上，该磁力称为释放力FA并且基本上平行于线圈轴线5以适配器杆18的方向指向。 [0039] 基于释放力FA，衔铁6以适配器杆18的方向运动，其中释放销11使适配器杆18围绕旋转轴线19转动。通过释放力FA在适配器杆18上产生的围绕旋转轴线19的转矩取决于释放力FA的值和间距A1。在适配器杆18转动时，弹簧件20被一同挤压，其中弹簧件20在适配器杆18上施加弹簧力FF。通过弹簧力FF产生相对于适配器杆18的转动指向的反作用力矩，并且该反作用力矩取决于弹簧力FF的数值和间距A3。由释放力FA产生的转矩和由弹簧力FF产生的相对指向的反作用力矩得出合成转矩，该合成转矩作用到适配器杆18上并且使其围绕旋转轴线19转动。 [0040] 通过向前的转动，具有第二接触区23的适配器杆18碰撞到加偏压的第一衔接部件26上，并且该衔接部件在此期间围绕第一衔接部件旋转轴线29转动直到衔接止挡部30、32不再相互抵靠，由此衔接位置33被断开。通过断开衔接位置33，加偏压的第二衔接部件 27围绕第二衔接部件旋转轴线31转动。通过第二衔接部件27的转动，断路器3被断开，其中向由保护开关1保护的供电网络流动的电流被中断。在第一衔接部件26转动时，适配器杆18施加力FK，该力一方面取决于在适配器杆18上的合成的转矩，另一方面取决于间距A2。由于释放力FA取决于电网电压并且断路器3一方面在50V的低压时必须有效地释放以及另一方面在230V或400V的高压时形成提高几倍的释放力，所以适配设备15必须可以容纳在必要的能量，以避免对断路器3的损害并由此而实现了长的寿命。作用到断路器3上的力FK可以一方面由第二间距A2对第一间距A1的比例所影响，其中力FK越小，则间距比例A2/A1越大。另一方面，作用到断路器3上的力FK会受到由弹簧件20产生的反作用力矩影响。由弹簧件20产生的反作用力矩越大，则作用到断路器3上的力FK越小。反作用力矩会一方面受到弹簧件20的弹簧刚度的影响，另一方面可受到第一间距A1对第三间距A3的比例的影响。弹簧件20的弹簧刚度越大以及间距比例A3/A1越大，则反作用力矩越大。优选地，反作用力矩根据弹簧件20的弹性刚度来变大，从而较小的间距比例A3/A1将导致适配器杆18的较小的结构空间需求。 [0041] 在高释放力FA中，适配器杆18这样围绕旋转轴线19转动，即缓冲部件25抵靠适配器基体16并且利用适配器杆18向前的转动弯曲。基于缓冲部件25的较大的弯曲刚度，额外的反作用力矩将作用到适配器杆18上，该反作用力矩本身通过适配器杆18向前的转动变大并且有效地限制了转动。通过缓冲部件25将避免在较大的释放力FA时适配器杆18这种程度地转动，即第一衔接部件26撞靠止挡部件28并由此使断路器3承受高机械负荷。仅仅在例外的情况时，止挡部件用于限制第一衔接部件26的运动。 [0042] 在借助于断路器3中断流向由保护开关1保护的供电网络的电流后，由电磁线圈4产生的磁场将衰减，其中释放力FA变成零。基于由弹簧件20产生的反作用力矩，适配器杆18从图2中示出的释放状态返回到图1中示出的初始状态中，其中衔铁6沿着线圈轴线 5运动一段时间，直到销止挡部14再次抵靠适配器基体16或磁轭7。断路器3必须手动地转动以闭合。 |
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