DE3531051C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromauslöser nach dem Sperrmagnetprinzip gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiger Sperrmagnet ist ein spezieller Typ von Haltemagneten, bei denen die von dem Permanentmagneten erzeugte Anzugskraft auf den Anker dadurch geschwächt wird, daß bei Auftreten eines Fehler­ stromes das Magnetjoch in seinen Sättigungsbereich ge­ bracht wird, wodurch der magnetische Widerstand so hoch wird, daß die magnetische Übertragung der Magnetkraft des Permanentmagneten gesperrt wird. Im Joch, das beim Stand der Technik geschlossen ist, wird durch zunehmende Induktionssteigerung die Permeabilität aufgrund der Sät­ tigung soweit verkleinert bzw. der magnetische Wider­ stand vergrößert, daß der Anker infolge der Federkraft abfällt.

Derartige Sperrmagnetauslöser sind in relativ großer Anzahl bekanntgeworden, siehe AT-PS 3 37 812, 3 61 571, DE-AS 12 82 182 oder DE-OS 28 48 806. Bei allen diesen Sperrmagnetauslösern besteht das Joch aus zwei nebeneinanderliegenden Joch­ blechen, die ein Fenster aufweisen, durch das hindurch die Spule gewickelt ist. Das Einbringen der Spule ist sehr schwierig, da die Spule mittels Durchschieben des Drahtes durch die Blechöffnungen gewickelt werden mußte. Dies ist aufwendig, kompliziert und bei dünnen Drähten auch störanfällig.

Die Aufbringung der Spule wird dadurch in gewissem Maße erleichtert, daß die Spulendrähte auf einen Spulenkörper aufgebracht werden können, der leer in die Öffnung bzw. das Fenster eingesetzt wird, so daß nur noch der Spulenkör­ per verdreht werden muß. Dennoch ist der Fertigungsauf­ wand relativ groß, weil die Spule am Auslöser selbst zu wickeln ist.

Aufgabe der Erfindung ist, einen Fehlerstromauslöser nach dem Sperrmagnetprinzip zu schaffen, bei dem die Spule ohne Durchschieben des Drahtes außerhalb der Ble­ che gewickelt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Auch bei diesem Auslöser wird in jeder der beiden Strom­ richtungen durch die Spule eine Schwächung der Summe der Magnetflüsse zum Anker hin bewirkt, so daß sich der er­ findungsgemäße Auslöser besonders als Auslöser für Puls­ strom-Gleichfehlerstrom eignet. Es wird nämlich in jeder Stromrichtung der Spule in einem Steg eine Schwächung des Magnetflusses und in einem anderen Steg des anderen Jochbleches eine durch Sättigung gebremste Verstärkung erfolgen. Wie auch bei den bekannten Sperrmagnetauslö­ sern wird durch Verminderung der Summe der Magnetflüsse die Haltekraft bis zum Abreißen des Ankers verringert.

Ein Magnetauslöser für Schutzschalter, bei dem das Joch aus zwei nebeneinanderliegenden Jochblechen gebildet ist und insgesamt eine U-Form aufweist, ist aus der DE-OS 15 13 564 bekanntgeworden. Auf die Schenkelenden sind zwei Spulen aufgeschoben, von denen die eine als Fehlerstrom­ spule und die andere als Federspannungsspule benutzt wird. Der Magnetanker liegt mit einem Ende an der einen Polfläche des einen Schenkels des ersten Bleches und mit seinem anderen Ende an der anderen gegenüberliegenden Polfläche des zweiten Jochbleches des zweiten Schenkels quasi kreuzförmig an. Dieser bekannte Auslöser ist ein sogenannter echter Haltemagnetauslöser, der nach dem "Differenzial-System", auch Superpositions-Prinzip genannt, arbeitet (siehe DE-OS 15 13 564, Seite 3, 2. Abs.). Als Sperrmagnetauslöser kann dieser bekannte Auslöser nicht verwendet werden.

Aus der DE-OS 27 51 877 ist ein Fehlerstromauslöser nach dem Superpositionsprinzip mit zwei parallel angeordneten U-förmigen Jochen und einem Permanentmagneten zwischen den beiden Jochen bekannt. Der Magnetanker liegt an den vier Schenkelenden der Joche an. Zwei Spulen sind auf je einen Schenkel so gewickelt, daß die Magnetkraft bei Stromfluß an zwei benachbarten Schenkeln verstärkt und an den beiden anderen benachbarten Schenkeln vermindert wird. Da keine Verringerung der Magnetkräfte durch Sättigung vorgesehen ist, kann der Magnetanker nur von zwei benachbarten Schenkeln abheben.

Anhand der Zeichnung in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, soll die Erfindung sowie wei­ tere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsge­ mäßen Sperrmagnetauslösers,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Sperrmagnetaus­ lösers mit aufgewickelter Spule und eingezeichne­ ten Magnetflußlinien,

Fig. 3 u. 4 zwei schematische Darstellungen eines elektroma­ gnetischen Ersatzbildes der Spulen gemäß der Fig. 1 und 2 und

Fig. 5 u. 6 je eine Seitenansicht und eine Aufsicht auf eine realisierte Aufsicht auf eine realisierte Ausgestaltung des Magnetauslösers.

Es sei jetzt Bezug genommen auf die Fig. 1 und 2. In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Sperrmagnetauslö­ ser ohne Spule dargestellt. Dieser Sperrmagnetauslöser wird gebildet durch zwei U-förmige, nebeneinanderliegende Jochbleche 10 und 11, die voneinander mittels einer Isolierzwischen­ schicht 12 getrennt sind. Die beiden Jochbleche 10 und 11 sind U-förmig ausgebildet mit zwei Schenkeln 13, 14 bzw. 15, 16 und je einem die beiden Schenkel miteinander verbindenden Steg 17 und 18. Die freien Schenkelenden der Schenkel 13, 14 bzw. 15, 16 bilden Polflächen, auf denen ein als Klappanker ausgebildeter Magnetanker 19 aufgebracht bzw. aufgelegt ist. Der Klappanker besitzt an seiner oberen Seite einen Fortsatz 20, in dem eine Bohrung 21 vorgesehen ist, in dem eine Ankerzugfeder 22 eingehängt ist. Das andere Ende der Ankerzugfeder 22 ist an einem ortsfesten Haken 23 eingehängt. An der Außenseite eines Schenkelpaares 14 und 16 ist ein Permanentmagnet 24 befestigt.

Von dem Permanentmagnet aus verlaufen Magnetflußlinien 25 durch den Steg 17, den Schenkel 13 hin zum Magnetanker 19, der die Magnetflußlinien 25 in den Schenkel 15 des benachbarten Jochbleches 11 leitet. Von dort verlaufen die Magnetflußlinien 25 in den anderen Schenkel 16 des Jochble­ ches 11 und von dort in den Permanentmagneten 24, wobei zusätzlich ein Magnetfluß 26 von dem Schenkel 14 über den Anker 19 in den gegenüberliegenden Schenkel 16 verläuft.

Um die beiden Schenkel 13 und 15 gemeinsam umschließend ist eine Spule 27 herumgewickelt, durch die ein Strom I fließt. Dieser Strom bewirkt einen Magnetfluß gemäß den Magnetflußlinien 28 bzw. 29 in den beiden Jochblechen und über den Anker zurück zu den beiden Schenkeln 13 und 15. Der Magnetfluß 28 reduziert den Magnetfluß 25 im Jochblech 10, wogegen sich der Magnetfluß 29 sich zu dem Magnetfluß 25 im Jochblech 11 hinzuaddiert, so daß der Magnetfluß in dem Jochblech 11 zu einer Sättigung des Magnetjochbleches führt, wodurch der gesamte Magnetfluß im System soweit reduziert wird, daß die Klappankerfeder 22 den Anker 19 von den Polflächen abzieht.

Die Wirkungsweise der Anordnungen gemäß den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich aus den Fig. 3 und 4, in denen jeweils das Ersatzschaltbild des Systems gemäß Fig. 2 dargestellt ist.

Die einzelnen Komponenten des Ersatzschaltbildes gemäß Fig. 3 und 4 sind die folgenden:

• D = Permanentmagnet 24
  R_N = Nebenfluß (Luftspalt bzw. magnetische Isolation 12 zwischen den Jochblechen)
  R_J = Magnetwiderstände in den Jochblechen
  R_L = Magnetwiderstände von Luftspalten
  R_A = Magnetwiderstände am Anker
  S_P = Spule

Parallel zu dem Dauermagnet D befindet sich der Luftspalt des Nebenflusses R_N. An dem Verbindungspunkt zwischen dem einen Bein von R_N schließen sich die als zwei voneinander getrennt gezeichnete Magnetwiderstände in den Jochblechen R_J an; in Reihe damit liegt die Spule S_P und der Luftspaltwiderstand R_L zwischen dem Schenkel 15 und dem Magnetanker sowie der Magnetwiderstand am Anker R_A im Bereich des einen Schenkels 15 des Joches 11. Parallel zu dem einen Magnetwiderstand R_J, der Spule, dem Luftspalt R_{L 2} und dem Magnetwiderstand am Anker liegt eine Reihenschaltung zwischen dem Magnetwiderstand R_AM, dem Magnetwiderstand am Anker R_A im Bereich des anderen Schenkels 16 sowie ein Luftspaltwiderstand R_{L 4}, der an der Polfläche zwischen dem Schenkel 16 und dem Magnetanker 19 auftritt. An dem Verbindungspunkt zwischen dem Magnetwiderstand R_A im Bereich des Schenkels 15 und am Magnetwiderstand R_AM schließt sich der Magnetwiderstand R_A des Magnetankers 19 in dem Bereich des Schenkels 13, daran in Reihe damit der Luftspaltwiderstand R_{L 1} zwischen dem Schenkelende des Schenkels 13 und dem Magnetanker, die Spulenwicklung S_P und der eine Teil des Magnetwiderstandes R_J des Jochbleches 10 an. In Reihe zu diesem (linken) Teilwiderstand R_J schließt sich der weitere Teilwiderstand R_J an, der an den gemeinsamen Verbindungspunkt des Nebenschlusses R_N mit dem Dauermagneten D anschließt. Zwischen den beiden Widerständen R_J des Jochbleches 16 schließt sich eine Reihenschaltung des Luftspaltes zwischen dem Schenkel 14 und dem Magnetanker 19 und dem entsprechenden Bereich des Magnetankers R_A an. Das andere Bein dieser Reihenschaltung ist zwischen R_AM und dem anderen Magnetwiderstand am Anker R_A angeschlossen.

Im stromlosen Zustand, also im Haltezustand und unter Annahme symmetrischer Magnetwiderstände erfolgt eine Dreiteilung des Gleichflusses über die drei Zweige und über die den Magnetwiderstand R_AM geht kein nennenswerter Magnetfluß. Hiernach gilt:

• Σ Φ_A = 2 Φ_A

Wenn in der Spule S_P ein Strom fließt, erhält man Durchflu­ tungen R₁, R₂ (siehe Fig. 4), wodurch der Magnetfluß über R_{L 1} stark vermindert, über R_{L 2} aber nur wenig erhöht wird, da im letzteren der Sättigungseffekt eintritt. Die Differenz wird über den Widerstand R_AM ausgeglichen; die Summe aller Magnetflüsse an der Ankerfläche jedoch wird kleiner, so daß es zur Haltekraftverringerung bzw. zum Abreißen des Ankers unter der Wirkung der Federkraft kommt.

Die Formel hierfür lautet:

• Δ Φ₂ < Δ Φ₁
• Σ Φ_A = Φ_A + Δ Φ₂ + Φ_A - Δ Φ₁ < 2 Φ_A

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Seitenansicht und eine Aufsicht einer konkreten Ausgestaltung eines Haltemagnet- bzw. Sperrmagnetauslösers.

Die Spule 27 ist auf einen Spulenkörper 30 aufgewickelt, der über den Schenkel 31 aufgesteckt ist, der aus den beiden Jochschenkeln 15 und 13 gebildet ist. Auf der gegenüberliegenden Seite ist der Permanentmagnet mittels eines hutprofilartigen Haltebleches 32 befestigt und die gesamte Anordnung ist in ein Kunststoffgehäuse 33 einge­ baut, aus dem nach oben heraus ein Betätigungsstößel 34 herausragt, der mit einem nicht näher dargestellten Schalt­ schloß in Verbindung steht. An den beiden Schmalseitenflä­ chen des Gehäuses 33 sind Flansche 35 und 36 angeformt, mit denen das Gehäuse 33 mit dem Magnetauslöser in ein Schaltgerät eingebaut werden kann.

Claims (2)

1. Fehlerstromauslöser nach dem Sperrmagnetprinzip, mit einem aus zwei Jochblechen (10, 11) gebildeten Joch mit mindestens einer Polfläche an jedem Jochblech ( 10, 11), mit einem Permanentmagneten (24), der beide Jochbleche (10, 11) überdeckt, mit einem Magnetanker (19), der aufgrund des vom Permanentmagneten (24) erzeugten Magnetflusses gegen die Kraft einer Feder (22) gegen die Jochbleche an die Polflächen der beiden Jochbleche gezogen ist, und mit einer Spule (27), die bei Auftreten eines sie durchfließenden Stromes (I) Teile der Jochbleche in die Sättigung treibt und dadurch die von dem Permanentmagneten in den Jochblechen erzeugten Magnetflüsse so beeinflußt, daß die Anzugskraft auf den Anker verringert wird, so daß der Magnetanker von der Feder von den Polflächen abgerissen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Jochbleche (10, 11) U-förmig ausgebildet und nebeneinander ein U-förmiges Joch bildend angeordnet sind, daß der Magnetanker (19) die beiden Schenkelenden des U-förmigen Joches aus beiden Jochblechen überdeckt und daß die Spule (27) um einen Schenkel des U-förmigen Joches - zwei neben­ einanderliegende Schenkel (13, 15) der beiden Jochbleche (10, 11) umgebend - herumgewickelt ist.

2. Fehlerstromauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (24) an der Außenfläche des spulenfreien Schenkels des U-Joches, beide Jochbleche überdeckend, angebracht ist.