DE4240031A1 - Magnetauslöser für Fehlerstromschutzschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetauslöser für Fehlerstrom­ schutzschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Fehlerstromschutzschalter werden in Elektrogeräten oder -anlagen eingesetzt, um infolge einer Störung oder eines Defektes auftre­ tende Fehlerströme, also zur Erde abfließende und eine Gefahren­ quelle darstellende Ströme, zu erkennen und den elektrischen Stromkreis abzuschalten. Alle mit dem Netz verbundenen Leitungen des Elektrogerätes oder der -anlage werden über einen Stromwand­ ler geführt, der die Summe aller in dem Leitungssystem zu- und abfließenden Ströme ermittelt. In einem störungsfreien System ist diese Summe Null. Wenn jedoch infolge einer Störung ein Teil des Netzstromes über eine Fehlverbindung zur Erde abfließt, wird die Summe der durch den Stromwandler zu- und abfließenden Ströme un­ gleich Null, wodurch ein magnetisches Feld und in der Sekundär­ wicklung des Stromwandlers ein Strom erzeugt werden. Dieser Strom bewirkt in Folge einen Stromfluß in der Spule des Magnetauslösers des Fehlerstromschutzschalters.

Ein solcher Magnetauslöser ist in der EPA 0 228 345 A1 beschrie­ ben. Dieser weist ein Magnetjoch mit einer Einkopplungsstelle für ein Dauermagnetfeld, einen Kern für eine Auslösespule, Auflage- und Polflächen auf; hat einen an der Einkopplungsstelle angeord­ neten Dauermagneten, eine am Kern angeordnete Auslösespule, einen Klappanker aus einer hochpermeablen Legierung und einen durch diesen betätigbaren Stößel. Das Magnetjoch ist aus zwei durch ein magnetisch schlecht leitendes Diaphragma getrennt aneinanderlie­ genden, aus einer hochpermeablen Legierung bestehenden Jochble­ chen mit je einer angeformten Auflage für die Lagerung des Klapp­ ankers gebildet. Die Gestaltung des Magnetjochs ist einends durch eine an jedem der beiden Jochbleche angeformte Einkopplungsstelle für den Dauermagneten gebildet und andernends durch je eine Pol­ fläche bestimmt, von denen sich eine an der freien Stirnseite des zum Kern für die Auslösespule ausgebildeten Jochblechs und die andere an dem nicht in die Spule hineinragenden Jochblech ange­ ordnet ist. Der Klappanker ist an den angeformten Auflagen am Magnettisch schwenkbar gelagert und steht mit den Polflächen in kontaktschlüssigem Eingriff. Eine am Klappanker angreifende Feder belastet diesen in der von den Polflächen wegweisenden Richtung um die Schwenkachse. Im Bereich der Ankerlagerung sind eine oder mehrere magnetisch schlecht leitende Zonen ausgebildet, um zu verhindern, daß in der Nähe der Schwenkachse des Klappankers ein magnetischer Kurzschluß zwischen den beiden Jochblechen stattfin­ det. Die Auslösespule führt den in der Sekundärwicklung eines Summenstromwandlers erzeugten Strom, der dort infolge einer Stö­ rung erzeugt wird.

Das an der Einkopplungsstelle des Magnetjochs durch den dort an­ geordneten Dauermagneten eingekoppelte Magnetfeld zieht über die Polflächen den Anker an, wobei der Dauermagnet so eingestellt ist, daß die magnetische Kraft größer als die entgegengesetzt wirkende Kraft der am Anker angreifenden Feder ist. Der in der Auslösespule infolge einer Störung geführte Strom schwächt den magnetischen Fluß des Dauermagneten, wodurch die magnetische Kraft kleiner als die auf den Anker wirkende Federkraft wird, der Anker reißt von den Polflächen ab und betätigt den Stößel, wo­ durch die Kontakte des Fehlerstromschutzschalters geöffnet wer­ den.

Der Magnetauslöser ist durch dessen aus mehreren Teilen bestehen­ des Magnetjoch aufwendig, relativ groß und hat den Nachteil, daß die durch den Dauermagneten zur Verfügung stehende magnetische Energie nicht vollständig genutzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetauslöser für Fehlerstromschutzschalter zu schaffen, der in seinem Aufbau relativ einfach ist, kleine Abmessungen hat und bei dem die magnetische Energie maximal genutzt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Magnetauslöser für Fehlerstrom­ schutzschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Magnetjoch aus nur einem Teil besteht, wodurch der Aufbau des Magnetauslösers wesentlich vereinfacht ist, und daß es die Ausbildung des Magnet­ jochs, das einerseits den Dauermagneten im wesentlichen vollstän­ dig umhüllt und andererseits zwei Polflächen für den Anker auf­ weist, die ein Haltemoment erzeugen, gestattet, den Magnetauslö­ ser auf kleinsten Raum zu konzentrieren und dabei die magnetische Energie des Dauermagneten maximal auszunutzen. Das Magnetjoch stellt einen definierten magnetischen Nebenschluß für den Magne­ ten dar.

Die Ausbildung des Lagers als Schneidlager gemäß Anspruch 2 stellt eine wenig auf wendige und reibungsarme Lagerungsart für den Klappanker dar.

Die Maßnahmen nach den Ansprüchen 4 bis 7 stellen zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Magnetauslösers dar.

Eine höhenverstellbare Anordnung des Dauermagneten nach Anspruch 8 gestattet auf einfache Weise ein Regulierung der einspeisbaren magnetischen Energie.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen schematisch

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Magnetjochs mit Schneidlager und einen Klappanker,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Magnetjoch mit Dauermagnet und Spule,

Fig. 3 eine Darstellung des Magnetflusses im Magnetjoch und

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Magnetauslösers.

In Fig. 1 ist ein Magnetjoch 1 als Stanz-Biegeteil mit in seiner Projektion hakenförmiger Gestalt dargestellt (auch Fig. 2 und 3). Einerends weist dieses Magnetjoch 1 einen an einem Schenkel 2 an­ geordneten Kern 3 für eine Auslösespule 4 auf (Fig. 2, 4), und andererseits ist es zu einer nahezu vollständigen und damit auch beidpoligen Umhüllung 5 für einen Dauermagneten 6 - einem Einkop­ plungsbereich für den Dauermagnetfluß - ausgebildet (Fig. 2, 3). In einer im Abstand zur Projektionsebene befindlichen Ebene sind am Magnetjoch 1 eine zweigeteilte Auflagefläche 7 und zwei Pol­ flächen 8 und 9 ausgebildet, wobei die Auflagefläche 7 auf der einen Seite des Dauermagneten 6 an der Umhüllung 5 und die Pol­ flächen 8 und 9 jenseits des Dauermagneten 6 an der Umhüllung 5 (Polfläche 9) bzw. am Kern 3 (Polfläche 8) ausgebildet sind. An der Auflagefläche 7 ist ein Blech 9 mit einer Anlagefläche 10 und zwei seitlichen Arretierungsflächen 11 angeordnet, wobei die rechtwinklig zueinander gelegenen Flächen 7 und 10 eine Kehle bilden und ein Schneidlager 12 darstellen. Die Arretierungsflä­ chen 11 verschließen die Kehle und begrenzen das Schneidlager 12 nach beiden Seiten.

Fig. 1 zeigt des weiteren einen plättchenförmigen Klappanker 13 mit einer Gestalt, die etwa dem Umfang der Projektion des Magnet­ jochs 1 entspricht. An der lagerseitigen Schmalseite, die über der Auflagefläche 7 des Magnetjochs 1 befindlich ist (Fig. 1), ist eine Schneidkante 14 ausgebildet. An der Oberseite des Klapp­ ankers 13 ist ein Angriffshebel 15 für eine Zugfeder 16 (Fig. 4) angeordnet.

Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Magnetauslöser in schemati­ scher Darstellung. Dort ist die Anordnung des Klappankers 13 er­ kennbar. Dieser liegt kontaktschlüssig auf den beiden Polflächen 8 und 9 auf, wobei dessen Schneidkante 14 in der Kehle des Schneidlagers 12 anliegt. Am Angriffshebel 15 ist die andernends fest verankerte Zugfeder 16 angelenkt. Außerdem läßt die Darstel­ lung die Anordnung des Dauermagneten 6 im Magnetjoch 1 erkennen.

In Fig. 3 ist der infolge der Einkopplung des Dauermagnetfeldes in das Magnetjoch 1 gegebene Magnetfluß dargestellt. Die magneti­ schen Kraftlinien ziehen den mit seiner Schneidkante 14 im Schneidlager 12 gelagerten Klappanker über beide Polflächen (8, 9) gegen die Kraft der Feder 16 bis zur kontaktschlüssigen Aufla­ ge auf den Polflächen 8 und 9 an, wobei beide Pole zum Haltemo­ ment beitragen. Durch die Gestaltung des Magnetjochs 1, insbeson­ dere auch durch das Vorhandensein eines von den den magnetischen Fluß führenden Polflächen 8 und 9 getrennten Lagers (12) mit ei­ ner Auflagefläche 7, die bei vorliegender Ausführungsform zweige­ teilt ist, wird verhindert, daß ein Teil des Magnetflusses im Be­ reich des Lagers durch den Klappanker geführt wird. D.h., der in das Magnetjoch 1 eingebundene Dauermagnet 6 erzeugt im Magnetjoch 1 einen magnetischen Fluß, der zwischen den beiden Polen (8, 9) über den Klappanker 13 fließt und diesen infolge der magnetischen Kraft an die Polflächen 8 und 9 zieht. Dadurch, daß der Dauermag­ net 6 an seinen beiden Polen vom Magnetjoch 1 umgeben ist und die Auflagefläche 7 keine Polfläche ist, wird die magnetische Energie des Dauermagneten 6 maximal ausgenutzt und durch die Lage der beiden Polflächen 8 und 9 zur Auflagefläche 7 optimal zur Erzeu­ gung eines Haltemomentes verwendet. Die Stärke des wirkenden Mag­ netfeldes und damit auch die Empfindlichkeit des Magnetauslösers ist durch den Dauermagneten 6 vorbestimmbar und überdies durch dessen Höhenverschiebung im Magnetjoch 1 veränderbar. Der in Fig. 4 dargestellte Zustand zeigt, daß das durch den Magnetfluß am Klappanker 13 wirkende Haltemoment größer als das diesem entge­ genwirkende, durch die Kraft der Zugfeder 16 und den Angriffs­ hebel 15 bestimmte Zugmoment ist.

Ein infolge einer Störung in der Sekundärwicklung des zugehörigen Stromwandlers erzeugter Strom fließt auch in der Auslösespule 4 und erzeugt seinerseits im Kern 3 ein Magnetfeld, das das durch den Dauermagneten 6 vorbestimmte Magnetfeld beeinträchtigt und derart schwächt, daß die auf den Klappanker 13 wirkende Kraft der Zugfeder 16 größer als das magnetische Haltemoment wird, so daß der Klappanker 13 von den Polflächen 8 und 9 abreißt und um die Schneidkante 14 von diesen Polflächen weggeschwenkt (weggeklappt) wird. Dabei wird der Stößel 17 betätigt, also nach oben ge­ drückt, und öffnet seinerseits die Kontakte des Fehlerstrom­ schutzschalters.

Claims (8)

1. Magnetauslöser für einen Fehlerstromschutzschalter mit einem mittels einer Feder belasteten Klappanker, einem Dauermagneten, einer Auslösespule, einem Magnetjoch mit Kern für die Auslösespu­ le, einem Lager und Polflächen für den Klappanker und mit einem durch diesen betätigbaren Stößel, wobei das Magnetjoch und der Klappanker aus einer hochpermeablen Legierung bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetjoch (1) ein in seiner Projektion hakenförmig gestaltetes Biegeteil ist, das einerends den Dauer­ magneten (6) beidpolig und nahezu vollständig umhüllt und andern­ ends zu einem vom Dauermagneten (6) wegführenden Schenkel (2) ausgebildet ist, daß der Kern (3) für die Auslösespule (4) an diesem Schenkel (2) auf der der Projektionsebene abgewandten Sei­ te angeordnet ist, und daß eine Polfläche (8) am Kern (3) und eine Polfläche (9) zwischen dem Kern (3) und dem Dauermagneten (6) am Ende des diesen umhüllenden Bereiches (5) des Magnetjochs (1) und das Lager (12) auf der den Polflächen (8, 9) abgewandten Seite des Dauermagneten (6) am umhüllenden Bereich (5) des Mag­ netjochs (1) ausgebildet sind.
2. 2. Magnetauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (12) als Schneidlager ausgebildet ist.
3. 3. Magnetauslöser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidlager eine zweigeteilte Auflagefläche (7) und eine im wesentlichen senkrecht zu dieser angeordnete und mit dieser eine Kehle bildende Anlagefläche (10) für den Klappanker (13) auf­ weist.
4. 4. Magnetauslöser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beidseits der Kehle Arretierungselemente (11) angeordnet sind.
5. 5. Magnetauslöser nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen (8, 9) und die Auflagefläche (7) in einer Ebe­ ne angeordnet sind.
6. 6. Magnetauslöser nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Klappanker (13) ein Plättchen mit einer Gestalt etwa dem Umfang der Projektion des Magnetjochs (1) entsprechend ist, das lagerseitig eine Schneidkante (14) und an seiner Oberseite einen Angriffshebel (15) für eine Zugfeder (16) aufweist.
7. 7. Magnetauslöser nach Anspruch 1, 3, 5 und 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Klappanker (13) mit der Schneidkante (14) durch die Kraft einer Zugfeder (16) belastet in der Kehle anliegend und um die Schneidkante (14) zwischen zwei Stellungen schwenkbar angeordnet ist, von denen die eine durch den Kontaktschluß mit den Polflächen (8, 9) bestimmt ist und die andere durch die Schaltstellung eines an der den Polflächen (8, 9) abgewandten Seite des Klappankers (13) angeordneten und durch diesen betätigbaren Stößels (17).
8. 8. Magnetauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (6) im Magnetjoch (1) höhenverschiebbar angeord­ net ist.