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Hochempfindlicher Haltemagnetauslöser
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Die Erfindung betrifft einen Haltemagnetauslöser hoher Empfindlichkeit,
der nach dem Sättigungsprinzip arbeitet und insbesondere als Auslöser für Fehlerstromschutzschalter
geeignet ist.
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Die zur Zeit in Fahlerstremschutzschaltern eingesetzten Auslöser arbeiten
entweder nach dem Kompensationsprinzip oder nach dem Sättigungsprinzip. Die nach
dem Sättigungsprinzip arbeitende Gruppe kann folgendermaßen beschrieben werden:
Zwei aus hochwertigem ferromagnetischem Flachmaterial bestehende Joche, die ein
Fenster für die Aufnahme einer Spule besitzen, stehen sich mit ihren Breitseiten
gegenüber und sind durch eine nichtferromagnetische oder eine teils ferromagnetische
und teils nichtferromagnetische Schicht, die als Nebenschluß dient, verbunden. Durch
beide Jochfenster ist eine gemeinsame Auslösespule gewickelte An einer Seite der
Fenster sind die durch die Fenster entstehenden Rahmen besonders schmal gehalten.
Diese Teile der Joche werden als Sättigungszonen bezeichnet. Die Seiten der Sättigungszonen,
die den Stirnseiten der Joche entsprechen, sind feingeschliffen und werden durch
einen ebenfalls feingeschliffenen Anker überbrückt. Die Länge der schmalen Sättigungszonen
ist etwa so groß, wie der Anker lang ist, Auf einer anderen Stirnseite der Joche
oder auf der gleichen Seite, aber neben den Sättigungszonen, liegt der Dauermagnet
auf (OE-PS 242 777 und 278 954). Bei diesen Auslösers wird der größte Teil des Flusses
über den Nebenschluß geleitet,
wahrend der Rest den Anker durchsetzt
und diesen gegen die Kraft einer Rückzugsfeder festhält. Wird die Spule mit einem
Strom gespeist, so werden die Fenster der Joche durchflutet.
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In jedem Joch wird nun ein Fluß erzeugt, der die Fenster umwirbelt.
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Ist dieser Fluß so groß, daß beide Sättigungszonen gesättigt sind,
liegt der Anker auf Zonen gleichen magnetischen Zustandes, d. h. der den Anker haltende
Gleichfluß ist abgeriegelt und der Anker wird von der Rückzugsfeder abgezogen.
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In Wirklichkeit fällt allerdings der Anker schon ab, bevor die Sättigung
eintritt. Mit steigendem Brregerstrom wird nämlich der Erregerfluß großer und aufgrund
des endlichen Querschnittes der Sättigungszonen der Permanentfluß kleiner, wobei
der Anker dann abfällt, wenn die Haltekraft unter die Rückzugskraft fällt. Der magnetische
Nebenschluß hat insofern einen Einfluß auf die Empfindlichkeit, indem bei Sperrung
des Permanentflusses durch die Durchflutung der Spule nicht der Fluß im Permanentmagneten
selbst abgeriegelt werden muß, dazu ware eine hohe I)urchflutung nötig, sondern
nur der Ankerfluß, wobei sich der Eluß im magnetisch gut leitenden Nebenschluß um
etwa diesen Betrag erhöht. Dies entspricht gewissermaßen einer Umschaltung des Flußweges.
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Einen entscheidenden Einfluß au9 die Empfindlichkeit hat die Länge
der Sättigungszone. In der OE-PS 242 777 wurde deshalb vorgeschlagen, die Sättigungszone
nur auf die Stelle zu begrenzen, auf der der Anker aufliegt. Nun dar9 aber die Haltekraft
des Ankers aus Gründen der Zuverlässigkeit, z. B. der Erschütterungssicherheit,
nicht beliebig klein gemacht werden, was zur Folge hat, daß auch der Anker und das
Sättigungsgebiet nicht beliebig klein werden können. Deshalb: erreichen diese Auslöser
keine so hohe Empfindlichkeit wie Eompensationsauslöser.
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Aus der DE-AS 1 078 227 und der DE-GM 1 819 419 ist es auch schon
bekannt, die Ankerzone durch zwei in Richtung des Flusses kurze Sättigungszonen
zu begrenzen. Dadurch kann der Durchflutungsanteil für dies Zonen kleiner gehalten
werden.
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Dies ist vor allem deshalb von Bedeutung, weil wegen der eintretenden
Sättigung die Feldstärke hohe Werte annimmt.
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Ziel der Erfindung ist es, die nach dem Sättigungsprinzip arbeitenden
Auslöser noch empfindlicher zu machen.
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Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Erhöhung der
Empfindlichkeit durch eine zweckmäßige Ausbildung der Sättigungszonen zu erzielen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in jeder Flußzuführung, die innerhalb
der Joche den Permanentfluß vom Permanentmagneten zur Ankerzone leitet, Sättigungsgitter
eingebracht werden, die aus vielen, in Flußrichtung kurzen Durchbrüchen mit beliebiger
geometrischer.Form bestehen, wobei die Summe der Querschnitte der Teilsättigungszonen
im Verhältnis zum. Querschnitt der übrigen Teile des Joches klein ist. Die Sättigungszonen
müssen in ihrem Querschnitt, dieser entspricht der Summe der Querschnitte der Teilsättigungszonen,
so bemessen sein, daß sie den Haltefiuß zur Erzeugung der notwendigen Haltekraft
führen können, ohne in die Sättigung zu kommen. Sie dürfen aber auch nicht einen
zu großen Querschnitt besitzen, den dann wird der Sättigungsfluß höher und die Induktion
in den nicht zum Sättigungsgebiet gehorenden Jochteilen wird größer.
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Dies bedeutet aber, daß auch die Feldstärke steigt, so daß der Durchflutungsbedarf
£ur die nicht zu den Sättigungszonen gehörigen Jochteile ebenfalls anwächst.
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Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles nähar erläutert
werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Ansicht des erfindungsgemäßen
Auslösers Fig. 2 eine Seitenansicht im Schnitt durch die Ankerzone des Auslösers
nach Fig. 1 Fig. 3 ein herausgezeichnetes Sättigungsgitter nach Fig. 1.
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Der Magnetauslöser besteht aus den Jochen 1, dem Permanentmagneten
2 und dem vom Permanentfluß gehaltenen Anker 9, die beide die Joche 1 an den entgegengesetzten
Stirnseiten überbrücken, Vom Permanentmagneten wird der Permanentfluß zur Ankerzone
3 geleitet, die von den beiden Sättigungsgittern 4 begrenzt wird.
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Wie Figur 3 zeigt, bestehen die Sättigungsgitter 4 aus Teilsättigungszonen
11 und Durchbrüchen 12 wobei die Länge der Durchbrüche und damit auch die der Teilsättigungszonen
in Fl.ußrichtung kurz sein soll, vorzugsweise 0,1 bis 0,2 mm.
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Bei einer weiteren Verringerung dieser Länge kann der Fall eintreten,
daß der Anker bereits durch Streufluß über die Luftspalte der Durchbrüche gehalten
wird. Die Summe der Querschnitte aller Teilsättigungszonen 11 eines Gitters 4 muß
so groß gehalten werden, daß der Permanentfluß zur Erzeugung der notwendigen Haltekraft
des Ankers gefUhrt werden kann, ohne daß die Teilsättigungszonen in die Sättigung
kommen. Nach der Erfindung werden möglichst viele kurze Durohbrüche 12 bei geringem
Querschnitt der Teilsättigungszonen 11 eingebracht.
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Je mehr Durchbrüche 12 vorhanden sind, um so geringer wird jedoch
die Wanddicke zwischen den Durchbrüchen, weshalb aus technologischen Gründen die
Anzahl der Durchbrüche begrenzt ist. Um dabei die Länge der Sättigungszonen klein
zu halten, ist es günstig - wie in Fig. 3 - den Durchbrüchen 12 eine ovale Form
zu geben.
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Es ist außerdem günstig, die das Fenster 8 umgebenden Jochteile 1,
außer die Sättigungszonen selbst, in ihrem Querschnitt möglichst groß zu halten,
denn bei konstantem Fluß ist der Durchflutungsbedarf, die Verlustleistung und die
Magnetisierungsleistung um so kleiner, je größer der Querschnitt ist.
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Der magnetische Nebenschluß kann im bekannter Weise durch ferromagnetische
Zwischenlagen 5 und nichtferromagnetische Zwischenlagen 6 oder auch durch ferromagnetische
Zwischenlagen 5 realisiert werden.
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Die Zwischenlagen werden zweckmäßigerweise so ausgeführt, daß sie
nicht im Bereich der Sättigungsgitter 4 und der Ankerzone 3 liegen. Dies hat den
Vorteil, daß die Sättigungsgitter 4 nicht zusätzlich einen Teil des Nebenschlußflusses
führen müssen und außerdem eine leichte Säuberung der Anker zone 3 an der Ankerauflagestelle
möglich ists Wegen des ohnehin geringen Durchflutungsbedarfs wird man das Wickelfenster
8 meist schmal halten. An der Ankerauflagestelle müssen die Gitter etwas weiter
auseinander liegen, als der Anker breit ist, so daß im Ausführungsbeispiel die Gitter
4 schräggelegt wurden.
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Da die Feldlinien das Sättigungsgitter annähernd geradlinig durchlaufen,
benötigen die erfindungsgemäßen Auslöser nur eine minimale Auslösedurchflutung und
Ausflösscheinleistung.
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Betrachtet man hingegen eine Sättigungszone zO B. nach DE-GM 1 819
419 einschließlich ihrer Umgebung, so erkennt man, daß die Flußdichte unmittelbar
vor und hinter der eigentlichen Sättigungszone höher ist. Dies bewirkt, daß die
wirksame Lange der Sattigungazone größer ist als ihre geome trische Länge. Man kann
diesen Effekt auch erklären, wenn man sich zwei Äquipotentiallinien - Linien gleicher
magnetischer Spannung - eingezeichnet denkt. Die Integrationswege der in Ankernähe
verlaufenden Äquipotentiallinien sind bedeutend länger als die fensterseitig verlaufenden.
Demzufolge muß wegen der geringen Feldstärke auch die Flußdichte ankerseitig geringer
sein als fensterseitig.
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Infolge der hohen Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Auslösers
kann der Summenstrmmwandler in seinen Abmessungen klein gehalten werden, bzw. man
kann die Anzahl der Primärdurchführungen des Wandlers verringern. Aufgrund dar kurzen
Sättignngszonen ist der magnetische Widerstand des Erregerkreises klein.
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Um einen bestimmten induktiven Widerstand L ZU erhalten, dieser bestimmte
Wert ist wegen der Leistungsanpassung an den Wandler notwendige braucht man nur
eine kleine Windungszahl. Sind die Erregerkreise in sich luftspaltlos geschlossen,
wie dies in den. Ausftthrungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 der Fall ist, müssen die
Wicklungen 7 von Hand gewickelt werden so daß eine kleine Windungszahl vorteilhaft
ist.
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Aufgrund der geringen Auslösedurchflutung, verbunden mit den schon
bekannten Eigenschaften, wie Unabhängigkeit in Auslösung von der Polarität des Auslösstromes,
ist die Anwendung als Primärauslöser möglich, In diesem Fall werden alle Leiter
des Netzes ein- oder mehrfach durch das Fenster 8 gestreckt. Tritt ein Fehlerstrom
auf, so erfolgt die Auslösung unabhängig davon, ob diese ein reiner Wechselstrom,
ein Mischstrom oder ein reiner Gleichstrom ist.
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Bei der Anwendung als Primärauslöser wird es wegen des größeren Querschnittes
der Hauptleiter meist notwendig sein, das Fenster 8 und damit den Auslöser größer
auszufUhren.
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Ebenso kann es günstiger sein, das Fenster rund statt eckig zu gestalten.