DE2848806A1 - Hochempfindlicher haltemagnetausloeser - Google Patents

Hochempfindlicher haltemagnetausloeser

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10Operating or release mechanisms
    • H01H71/12Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/32Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part
    • H01H71/321Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part characterised by the magnetic circuit or active magnetic elements

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Description

  • Hochempfindlicher Haltemagnetauslöser
  • Die Erfindung betrifft einen Haltemagnetauslöser hoher Empfindlichkeit, der nach dem Sättigungsprinzip arbeitet und insbesondere als Auslöser für Fehlerstromschutzschalter geeignet ist.
  • 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.
  • In jedem Joch wird nun ein Fluß erzeugt, der die Fenster umwirbelt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Dies ist vor allem deshalb von Bedeutung, weil wegen der eintretenden Sättigung die Feldstärke hohe Werte annimmt.
  • Ziel der Erfindung ist es, die nach dem Sättigungsprinzip arbeitenden Auslöser noch empfindlicher zu machen.
  • 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.
  • Dies bedeutet aber, daß auch die Feldstärke steigt, so daß der Durchflutungsbedarf £ur die nicht zu den Sättigungszonen gehörigen Jochteile ebenfalls anwächst.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der magnetische Nebenschluß kann im bekannter Weise durch ferromagnetische Zwischenlagen 5 und nichtferromagnetische Zwischenlagen 6 oder auch durch ferromagnetische Zwischenlagen 5 realisiert werden.
  • 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.
  • Da die Feldlinien das Sättigungsgitter annähernd geradlinig durchlaufen, benötigen die erfindungsgemäßen Auslöser nur eine minimale Auslösedurchflutung und Ausflösscheinleistung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ebenso kann es günstiger sein, das Fenster rund statt eckig zu gestalten.

Claims (1)

  1. Erfindungsamspruch: 1. Hochempfindlicher Haltemag£ietauslo'ser, insbesondere für Fehlerstromschnuzschalter, bestehend aus zwei Jochen mit einem ur Aufnahme von einer oder mehreren Wicklungen dienenden fenster sowie die Joche überbrückenden Permanentmagneten und Anker, wobei ferromagnetische Zwischenschichten und gegebenenfalls eine weitere nichtferromagnetische Zwischenschicht die Joche distanzieren und in jeder Flußzuführung, die innerhalb der Joche den fluß vom Permanentmagneten zur Ankerzone leitet, in Nähe des Ankers eine Sättigungszone angeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, daß jede Sättigungszone aus einer Mehrzahl von in Flußrichtung kurzen Teilsättigungszonen und Durchbrüchen besteht, die zusammen ein Sättigungsgitter bilden, wobei die Summe der Querschnitte aller Teilsättigungszonen klein ist gegenüber dem Querschnitt der übrigen Jochteile.
DE19782848806 1977-12-13 1978-11-10 Hochempfindlicher Sperrmagnetauslöser Expired DE2848806C2 (de)

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DD134166B1 (de) 1984-10-03
DE2848806C2 (de) 1986-01-09

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