EP0517049A1 - Leakage current release with permanent magnet - Google Patents

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Publication number
EP0517049A1
EP0517049A1 EP92108730A EP92108730A EP0517049A1 EP 0517049 A1 EP0517049 A1 EP 0517049A1 EP 92108730 A EP92108730 A EP 92108730A EP 92108730 A EP92108730 A EP 92108730A EP 0517049 A1 EP0517049 A1 EP 0517049A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
actuator
armature
pole
spring
residual current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP92108730A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Erhard Runtsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Patent GmbH
Original Assignee
ABB Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Patent GmbH filed Critical ABB Patent GmbH
Publication of EP0517049A1 publication Critical patent/EP0517049A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/32—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/127—Automatic release mechanisms with or without manual release using piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive trip units

Definitions

  • the invention relates to a permanent magnetic residual current release according to the preamble of claim 1.
  • a permanent magnetic residual current release of the type mentioned is an essential part of a residual current circuit breaker, which also has a summation current transformer with a primary winding formed by a network conductor and a secondary winding, and a switch lock; the trigger is when a residual or fault current occurs, ie a current difference in the forward and return conductors in a network or the outgoing conductors and the return conductor z.
  • a residual or fault current occurs, ie a current difference in the forward and return conductors in a network or the outgoing conductors and the return conductor z.
  • B. due to an earth leakage current, actuated in the network conductors by an electrical signal arising on the secondary winding, whereby the switching mechanism coupled to the residual current release is released and contact points located in the network conductors are opened.
  • the residual current release has a magnetic yoke, a magnetic armature interacting with it, a permanent magnet which, by generating a magnetic flux, attracts the armature against the force of a pull-off spring to the magnetic yoke, and an excitation coil, which is connected to the secondary winding of the summation current transformer with the interposition of further circuit elements.
  • the trigger can have a magnetic circuit with an air gap, the magnetic yoke of which is designed as a U-shaped magnetic yoke, the free leg ends of which are covered by the armature, the armature being rotatably mounted on one of the pole faces.
  • the permanent magnet creates a magnetic flux that passes through the yoke and the armature and attracts the armature; when a fault current occurs and thus a signal on the secondary side, the permanent magnetic flux is compensated, as a result of which the armature disengages, travels its path of release and unlatches the switch mechanism or switch lock of the switch.
  • so-called blocking magnet releases with a closed magnetic circuit are used as residual current releases, in which the yoke section in the area of the magnet armature is brought into saturation, whereby the attraction force is reduced to such an extent that the spring releases the armature from the yoke.
  • the trigger can only be "biased” with a correspondingly low energy.
  • the magnetic circuit in the case of the permanent magnet release in particular the air gaps on the armature, must be designed with little loss, and the air gaps must be small. It can be seen that when external funds, e.g., between the pole face on the yoke and the associated anchor face. B. moisture, or corrosion, sticking of the armature to the yoke can occur, so that the spring force itself Reduction of the permanent flow towards zero is not sufficient to release the armature and thus initiate the desired release movement. Despite the pending fault current and the desired tripping operation, the faulty situation in the circuit can remain.
  • the object of the invention is to provide a residual current release with permanent magnets, in which sticking of the release is prevented.
  • a residual current circuit breaker or component has a summation current transformer for detecting a residual current in a mains line, the primary winding of which is formed by the mains conductor.
  • the total current transformer also has a secondary winding, on which a fault is generated in the network when a fault current occurs, which triggers the release.
  • the pole face of the component is assigned an actuator which acts directly on the armature element, so that in the case of the electrical signal coming from the secondary winding, the armature element is acted upon by the actuator in the triggering direction.
  • a piezoceramic body or element is preferably used as the actuator.
  • Such piezoceramic elements are known per se, see Siemens company lettering "VIBRIT”, order no. N-281/5035, and Philips components "PIEZOIDE (PXE)".
  • piezoceramic for the formation of relays, see for example DE-OS 33 00 717.
  • a movable contact piece at the end of a piezo strip, which cooperates with a fixed contact piece.
  • the piezo strip is designed as a bending element, which bends when a control current is applied and controls the movable contact piece. This does not create a trigger.
  • the end of the bending strip engages with the movable contact piece between the pole pieces of a magnet system, whereby snap effects are achieved.
  • a residual current protection circuit arrangement is known from US Pat. No. 4,042,967, which has a summation current transformer, the primary winding of which is formed by the line conductors.
  • the signal present at a secondary winding is fed to a piezo element, which is designed as a bending strip, a movable contact piece being attached to the free end of the bending strip.
  • This movable contact piece interacts with a fixed contact piece, whereby a current path is closed which controls a magnet system for actuating contact pieces.
  • the bending strip is also not to be regarded as a trigger and, moreover, the residual current protection circuit arrangement is one that must be supplied with power from the network in any case. It cannot be used as a circuit arrangement that is independent of the mains voltage.
  • a special embodiment of the invention can be that the trigger has a U-shaped magnetic yoke, the pole legs of which are covered by the armature element, the armature element rotating during a triggering process about an axis of rotation on one yoke leg, and that the actuator of the pole face of the other Pole leg is assigned.
  • the piezoceramic element is assigned directly to the pole face of the yoke leg, on which the corresponding surface rests on the armature in the tightened state; as soon as a signal is present at the secondary winding, the piezoelectric element is deformed and the armature is lifted from the pole face.
  • the actuator is a piezoceramic elongator; it is of course also possible to design the actuator as a bimorph piezo element, one end of which is attached to one of the pole legs and the other end is freely movable, so that it can press the armature from the adjacent pole face.
  • This bimorph piezo element is a bending element which is clamped at one end and is freely movable at the other end.
  • the piezo element can be fastened to the pole leg, on which the axis of rotation of the armature is located, or it can, according to the characterizing features of claim 7, be fastened at one end to the pole leg, on which the pole face interacting with the armature is arranged, whereas that the other end, which can be bent out, is located in the region of the other pole leg holding the axis of rotation of the armature.
  • the bending force for the armature is very high because of the torque exerted on the armature, so that sticking is prevented in any case.
  • Another embodiment of the invention can be gathered from the characterizing features of claim 8.
  • the trigger is then formed by a type of lever linkage which is a toggle lever arrangement, the piezoelectric element designed as an elongator acting on the joint, so that the lever arrangement is pressed into a stable position via a dead center position.
  • a type of lever linkage which is a toggle lever arrangement, the piezoelectric element designed as an elongator acting on the joint, so that the lever arrangement is pressed into a stable position via a dead center position.
  • the solenoid is also the switching lock.
  • a further embodiment of the invention can be such that the trigger is formed by two, preferably rotatable, parts that are movable relative to one another, one of which is stationary.
  • a first carries the permanent magnet and a second part is assigned to the actuator and is attracted to the first in a rest position in which the two parts lie one on top of the other.
  • the actuator lifts the second part from the first, ie removes it, so that the movable part is brought into a release position by the force of the spring.
  • the actuator according to the characterizing features of claim 10 is a piezoceramic body designed as a ring oscillator, with the free end of which the movable part is connected, then the two parts can be rotated relative to one another, as a result of which a switching lock can be actuated, which opens the contact pieces in the power line.
  • the deflection can be used particularly cheaply if the piezoceramic body is operated in its resonance frequency.
  • the particular advantage of the invention is that the trigger can be manufactured inexpensively and is safe in any case; sticking of an anchor-shaped part to a pole face is simply avoided due to the physical conditions.
  • the piezo element can be attached to a conventional permanent magnetic residual current release without the residual current release having to be converted from a closed-circuit release into a shunt release. This enables the functional reliability of a conventional residual current circuit breaker to be significantly improved without design changes. It is possible to keep the field coil of the residual current release and, in addition, to omit the coil for appropriate piezo materials. Piezo actuators are able to generate very large forces (up to 2 MN / 200 kP) with a relatively large stroke (0.1 mm).
  • a piezo actuator is a type of capacitor that is charged to trigger. So that the actuator can be acted upon again, it must first be discharged. This discharge can be done when the switch is in the off position or when it is turned on.
  • an open contact point can be provided in parallel to the actuator, which by a movable contact, for. B. a wiping contact can be closed briefly when switching off or on.
  • the trigger according to FIGS. 1 and 2 is a common trigger as it is currently used in residual current circuit breakers.
  • the trigger has a U-shaped magnetic yoke 10 with pole legs 12 and 13 formed on a web 11.
  • a magnet armature 15 in the form of a hinged armature is articulated via an axis of rotation 14, which can be rotated in the direction of arrow P about the axis of rotation 14 and is constantly under the force of a spring 16, which also extends in the direction of arrow P.
  • a permanent magnet 17 is arranged on the outside of the web 11.
  • An excitation winding 18 is wound around the pole leg 12, the ends of which are connected to the secondary winding 19 of a summation current transformer 20 If a signal is generated due to a fault current in the secondary winding 19, the magnetic flux ⁇ flowing in the magnetic yoke 10, which is generated by the permanent magnet 17, is superimposed by the flux ⁇ 1, so that the total magnetic flux becomes smaller or zero, so that the spring 16 pivots the hinged anchor 15 in the opening direction P, as can be seen from FIG.
  • the pole face 21, on which the free end of the armature 15 rests, can under certain circumstances be contaminated with external means, so that the armature remains stuck in the field winding 18 despite the presence of the signal.
  • a piezoelectric element 22 in the form of an elongator is provided on the pole leg 12 in the area of the pole face 21, which is controlled by a second secondary winding 23 via a corresponding and suitable electrical control circuit 24 with a signal which is generated when a fault current occurs in the Network is generated in the secondary winding 23.
  • the elongator 22 increases its length and thus presses the armature 15 away from the pole face 21, so that between the armature 15 and the pole face of the pole leg 12 there is a reduction in the holding force, and the spring 16 can pull the hinged armature 15 away from the pole face 21.
  • the excitation winding 18 is omitted and on the pole leg 12 there is a piezoceramic element 25 which is controlled by a control circuit 26 with a signal on the secondary side.
  • the piezoceramic element is dimensioned such that it relieves or lifts the armature 15 so far from the pole face 21 that the spring force can overcome the magnetic force resulting from the permanent magnet 17.
  • FIGS. 7 to 10 show different fastening options for a piezoceramic element 27 or 28 on the pole leg 12.
  • the piezoceramic element or the piezoceramic body is designed in the shape of a cylinder or tube and is attached to the yoke leg 2, for example in a negative dovetail or with a positive dovetail, flush with the pole face 21.
  • Figures 7 to 10 show the bracket very schematically. In principle, the type of attachment is not important. It is only important to attach them in such a way that vibrations cannot lead to loosening. After fastening, the pole face can be ground with the piezoceramic body or otherwise worked together, so that the pole face and the end causing the opening of the anchor element lie exactly in one plane.
  • piezo actuators are able to generate very high forces with a relatively high stroke with 0.1 mm, namely up to 200 kP or 2 MN.
  • These properties give the piezo element the possibility of opening a very strongly permanently magnetically biased magnetic circuit, which is why the magnetic circuit can be roughly designed in the arrangements shown in FIGS. 3 to 10.
  • the requirements for the air gap between the armature and the pole face can be reduced and / or the holding force increased significantly, so that the system is also less susceptible to shocks.
  • a magnetic shunt as is provided in so-called blocking magnet triggers, can be dispensed with, since the permanent flux can be increased. It is also possible to increase the return force due to the increase in the magnetic force, so that the release system for opening the Derailleur latching is much safer.
  • the surface at the working air gap has to be tempered, so that the material structure is not attacked when operated vigorously and frequently.
  • the trigger has two levers 31 and 32 connected to one another by means of a joint 30, on the free ends of which rollers 33 and 34 are formed or articulated. These rollers 33 and 34 are guided in roller conveyors 35 and 36 in the housing of the residual current circuit breaker receiving the trigger.
  • the roller conveyor 35 has a stop 37, whereas the roller conveyor 36 allows the roller 34 to move freely.
  • Attached to the roller 34 is a movable contact piece 39, which interacts with a fixed contact piece 40, with the interposition of a compression spring 38.
  • a permanent magnet 41 is provided, which is fastened on a piezoceramic body 42.
  • the joint 30 In the ready-to-release position, the joint 30 is attracted to the permanent magnet, whereby a first stable position of the two levers 31 and 32 is ensured with the cooperation of the compression spring 38. If the actuator 42 is actuated by a signal on the secondary side, the free surface of the actuator 42 moves in the direction of the arrow P1, so that the joint 30 is brought beyond a dead center position by the spring 38 into a second stable position, as can be seen from FIG.
  • the two levers 31 and 32 have moved towards one another because the joint 30 is guided by a further guide 43; if the roller 33 is held on the stop 37, then the joint will rotate around a circle around the roller 33, the roller 34 simultaneously moving in the direction of the arrow H and the movable contact 39 being lifted off the fixed contact 40.
  • FIGS. 13 and 14 a bending strip can also be provided, see FIGS. 13 and 14.
  • the magnetic yoke 10 has its two legs 12 and 13, which are covered by the hinged anchor 15.
  • the hinged armature 15 is rotatable about an axis of rotation 14 arranged on the pole arm 13, the hinged armature 15 having an extension 50 which projects beyond the pole arm 13 and to which a spring 51 is articulated, the other end of which is connected to the outer surface of the pole arm 13.
  • the effect of this spring 51 corresponds to that of spring 16.
  • an actuator made of piezoceramic material, designed as a bending strip, is fastened or clamped, the free end 53 of which is located in the region of the other pole leg 12.
  • a wart 54 is attached to the armature 15, against which the free end 53 of the strip 52 abuts when a trigger voltage is applied, and in this way removes the hinged armature 15 from the pole face 21 of the pole leg 12 during bending.
  • the actuator can also be attached to the leg 12; it presses in the region of the leg 13 against the armature 15 and in this way opens the armature 15, see FIG. 14.
  • the advantage of the arrangement according to FIG. 14 is that the relatively short paths which the strip 54 travels with its free end lead to a significantly increased movement of the free end of the armature 15 by means of a suitable lever arrangement.
  • the same deflection of the bending strips 52 and 54 leads to a significantly increased angular movement of the folding anchor in the embodiment according to FIG. 14 because of the different distance of the points of attack of the free ends of the two bending strips 52 and 54 on the anchor from the axis of rotation.

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Abstract

A permanent-magnet earth-leakage-current trip device for an earth-leakage current protection switch or module has a component (10) which contains a permanent magnet (17) and has a pole surface against which an armature element (15) is attracted, against the force of a spring (16), by the permanent-magnet flux. The pole surface is allocated an actuator (25) which consists of a material which varies its geometry when an electrical signal occurs and is of such a design that, when the signal occurs, the actuator counteracts the armature force and/or lifts or removes the armature element (15) off or from the pole surface (21). The actuator is a piezo-electric body consisting of ceramic. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen permanentmagnetischen Fehlerstromauslöser nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a permanent magnetic residual current release according to the preamble of claim 1.

Ein permanentmagnetischer Fehlerstromauslöser der eingangs genannten Art ist wesentlicher Teil eines Fehlerstromschutzschalters, der weiterhin einen Summenstromwandler mit einer durch Netzleiter gebildeten Primärwicklung und einer Sekundärwicklung sowie ein Schaltschloß aufweist; der Auslöser wird bei Auftreten eines Differenz- oder Fehlerstromes, d. h. einer Stromdifferenz im Hin- und Rückleiter in einem Netz oder den Hinleitern und dem Rückleiter z. B. aufgrund eines Erdschlußstromes, in den Netzleitern durch ein an der Sekundärwicklung entstehendes elektrisches Signal betätigt, wodurch das mit dem Fehlerstromauslöser gekuppelte Schaltwerk entklinkt wird und in den Netzleitern befindliche Kontaktstellen geöffnet werden.A permanent magnetic residual current release of the type mentioned is an essential part of a residual current circuit breaker, which also has a summation current transformer with a primary winding formed by a network conductor and a secondary winding, and a switch lock; the trigger is when a residual or fault current occurs, ie a current difference in the forward and return conductors in a network or the outgoing conductors and the return conductor z. B. due to an earth leakage current, actuated in the network conductors by an electrical signal arising on the secondary winding, whereby the switching mechanism coupled to the residual current release is released and contact points located in the network conductors are opened.

Der Fehlerstromauslöser besitzt ein Magnetjoch, einen damit zusammenwirkenden Magnetanker, einen Permanentmagneten, der durch Erzeugung eines Magnetflusses den Anker gegen die Kraft einer Abziehfeder an das Magnetjoch anzieht, sowie eine Erregerspule, die ggf. unter Zwischenfügung weiterer Schaltungselemente mit der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers verbunden ist. Dabei kann der Auslöser einen Magnetkreis mit Lufspalt aufweisen, dessen Magnetjoch als U-förmiges Magnetjoch ausgebildet ist, dessen freie Schenkelenden von dem Anker überdeckt sind, wobei der Anker an einem der Polflächen drehbar gelagert ist. Der Permanentmagnet erzeugt einen Magnetfluß, der durch das Joch und den Anker verläuft und den Anker anzieht; bei Auftreten eines Fehlerstromes und damit eines sekundärseitigen Signales wird der Permanentmagnetfluß kompensiert, wodurch sich der Anker löst, seinen Auslöseweg zurücklegt und das Schaltwerk bzw. Schaltschloß des Schalters entklinkt. Darüberhinaus werden als Fehlerstromauslöser sog. Sperrmagnetauslöser mit geschlossenem Magnetkreis benutzt, bei denen der Jochabschnitt im Bereich des Magnetankers in Sättigung überführt wird, wodurch die Anziehungskraft soweit verringert wird, daß die Feder den Anker vom Joch löst.The residual current release has a magnetic yoke, a magnetic armature interacting with it, a permanent magnet which, by generating a magnetic flux, attracts the armature against the force of a pull-off spring to the magnetic yoke, and an excitation coil, which is connected to the secondary winding of the summation current transformer with the interposition of further circuit elements. The trigger can have a magnetic circuit with an air gap, the magnetic yoke of which is designed as a U-shaped magnetic yoke, the free leg ends of which are covered by the armature, the armature being rotatably mounted on one of the pole faces. The permanent magnet creates a magnetic flux that passes through the yoke and the armature and attracts the armature; when a fault current occurs and thus a signal on the secondary side, the permanent magnetic flux is compensated, as a result of which the armature disengages, travels its path of release and unlatches the switch mechanism or switch lock of the switch. In addition, so-called blocking magnet releases with a closed magnetic circuit are used as residual current releases, in which the yoke section in the area of the magnet armature is brought into saturation, whereby the attraction force is reduced to such an extent that the spring releases the armature from the yoke.

Da die von Wandler übertragene Energie gering ist, kann der Auslöser auch nur mit einer entsprechend geringen Energie "vorgespannt" werden. Der Magnetkreis, bei dem Permanentmagnetauslöser im besonderen die Luftspalte am Anker, muß verlustarm ausgebildet sein, wobei die Luftspalte klein sein müssen. Es läßt sich feststellen, daß dann, wenn zwischen der Polfläche am Joch und der zugehörigen Ankerfläche Fremdmittel, z. B. Feuchtigkeit, oder Korrosion vorhanden sind, ein Ankleben des Ankers am Joch auftreten kann, so daß die Federkraft selbst bei Reduktion des Permanentflusses gegen Null nicht ausreicht, um den Anker zu lösen und damit die gewünschte Auslösebewegung einzuleiten. Trotz anstehenden Fehlerstromes und erwünschter Auslöseoperation kann die fehlerhafte Situation im Stromkreis bestehen bleiben.Since the energy transmitted by the converter is low, the trigger can only be "biased" with a correspondingly low energy. The magnetic circuit, in the case of the permanent magnet release in particular the air gaps on the armature, must be designed with little loss, and the air gaps must be small. It can be seen that when external funds, e.g., between the pole face on the yoke and the associated anchor face. B. moisture, or corrosion, sticking of the armature to the yoke can occur, so that the spring force itself Reduction of the permanent flow towards zero is not sufficient to release the armature and thus initiate the desired release movement. Despite the pending fault current and the desired tripping operation, the faulty situation in the circuit can remain.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fehlerstromauslöser mit Permanentmagneten zu schaffen, bei dem ein Kleben des Auslösers verhindert wird.The object of the invention is to provide a residual current release with permanent magnets, in which sticking of the release is prevented.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.This object is achieved according to the invention by the characterizing features of claim 1.

Ein Fehlerstromschutzschalter oder -bauteil besitzt zur Detektierung eines Fehlerstromes in einer Netzleitung einen Summenstromwandler, dessen Primärwicklung durch die Netzleiter gebildet ist. Der Summenstromwandler besitzt weiterhin eine Sekundärwicklung, an der bei Auftreten eines Fehlerstromes im Netz ein Signal entsteht, welches den Auslöser ansteuert.A residual current circuit breaker or component has a summation current transformer for detecting a residual current in a mains line, the primary winding of which is formed by the mains conductor. The total current transformer also has a secondary winding, on which a fault is generated in the network when a fault current occurs, which triggers the release.

Erfindungsgemäß also ist der Polfläche des Bauelementes ein Aktuator zugeordhet, der unmittelbar auf das Ankerelement wirkt, so daß im Falle des von der Sekundärwicklung herkommenden elektrischen Signales das Ankerelement vom Aktuator in Auslöserichtung beaufschlagt wird.According to the invention, therefore, the pole face of the component is assigned an actuator which acts directly on the armature element, so that in the case of the electrical signal coming from the secondary winding, the armature element is acted upon by the actuator in the triggering direction.

Als Aktuator wird vorzugsweise ein piezokeramischer Körper oder Element verwendet. Solche piezokeramischen Elemente sind an sich bekannt, siehe Siemens Firmenschrift "VIBRIT", Bestell-Nr. N-281/5035, und Philips Bauelemente "PIEZOIDE (PXE)".A piezoceramic body or element is preferably used as the actuator. Such piezoceramic elements are known per se, see Siemens company lettering "VIBRIT", order no. N-281/5035, and Philips components "PIEZOIDE (PXE)".

Zwar ist es bekannt, für die Bildung von Relais Piezokeramik zu verwenden, siehe beispielhaft DE-OS 33 00 717. Bei diesen Ausführungen befindet sich am Ende eines Piezostreifens ein bewegliches Kontaktstück, welches mit einem festen Kontaktstück zusammenwirkt. Der Piezostreifen ist als Biegeelement ausbildet, welches sich bei Anlegen eines Steuerstromes ausbiegt und das bewegliche Kontaktstück steuert. Ein Auslöser wird hierdurch nicht gebildet. Speziell bei dem Relais nach der DE-OS 33 00 717 greift das Ende des Biegestreifens mit dem beweglichen Kontaktstück zwischen die Polschuhe eines Magnetsystems, wodurch Schnappeffekte erzielt werden.It is known to use piezoceramic for the formation of relays, see for example DE-OS 33 00 717. In these versions there is a movable contact piece at the end of a piezo strip, which cooperates with a fixed contact piece. The piezo strip is designed as a bending element, which bends when a control current is applied and controls the movable contact piece. This does not create a trigger. Especially in the relay according to DE-OS 33 00 717, the end of the bending strip engages with the movable contact piece between the pole pieces of a magnet system, whereby snap effects are achieved.

Aus der US-PS 4 042 967 ist eine Fehlerstromschutzschaltungsanordnung bekannt geworden, die einen Summenstromwandler aufweist, dessen Primärwicklung durch die Netzleiter gebildet sind. Das an einer Sekundärwicklung anstehende Signal wird einem Piezoelement zugeführt, welches als Biegestreifen ausgebildet ist, wobei am freien Ende des Biegestreifens ein bewegliches Kontaktstück angebracht ist. Dieses bewegliche Kontaktstück wirkt mit einem Festkontaktstück zusammen, wodurch ein Strompfad geschlossen wird, der ein Magnetsystem zur Betätigung von Kontaktstücken ansteuert. Der Biegestreifen ist ebenfalls nicht als Auslöser anzusehen und darüberhinaus ist die Fehlerstromschutzschaltungsanordnung eine solche, die in jedem Falle vom Netz her mit Strom versorgt werden muß. Sie kann nicht als netzspannungsunabhängige Schaltungsanordnung benutzt werden.A residual current protection circuit arrangement is known from US Pat. No. 4,042,967, which has a summation current transformer, the primary winding of which is formed by the line conductors. The signal present at a secondary winding is fed to a piezo element, which is designed as a bending strip, a movable contact piece being attached to the free end of the bending strip. This movable contact piece interacts with a fixed contact piece, whereby a current path is closed which controls a magnet system for actuating contact pieces. The bending strip is also not to be regarded as a trigger and, moreover, the residual current protection circuit arrangement is one that must be supplied with power from the network in any case. It cannot be used as a circuit arrangement that is independent of the mains voltage.

Eine besondere Ausführungsform der Erfindung kann dahin gehen, daß der Auslöser ein U-förmiges Magnetjoch aufweist, dessen Polschenkel von dem Ankerelement überdeckt sind, wobei sich das Ankerelement bei einem Auslösevorgang um eine Drehachse an einem Jochschenkel dreht, und daß der Aktuator der Polfläche des anderen Polschenkels zugeordnet ist.A special embodiment of the invention can be that the trigger has a U-shaped magnetic yoke, the pole legs of which are covered by the armature element, the armature element rotating during a triggering process about an axis of rotation on one yoke leg, and that the actuator of the pole face of the other Pole leg is assigned.

Bei einem solchen U-förmigen Magnetjoch, welches bei Auslösern derzeit in vielen Ausfertigungen eingesetzt ist, wird das piezokeramische Element direkt der Polfläche des Jochschenkels zugeordnet, auf dem die entsprechende Fläche am Anker im angezogenen Zustand aufliegt; sobald ein Signal an der Sekundärwicklung ansteht, wird das piezoelektrische Element verformt und dabei der Anker von der Polfläche abgehoben.In such a U-shaped magnetic yoke, which is currently used in triggers in triggers, the piezoceramic element is assigned directly to the pole face of the yoke leg, on which the corresponding surface rests on the armature in the tightened state; as soon as a signal is present at the secondary winding, the piezoelectric element is deformed and the armature is lifted from the pole face.

In besonderer Ausgestaltung ist der Aktuator ein piezokeramischer Elongator; es besteht natürlich auch die Möglichkeit, den Aktuator als Bimorph-Piezoelement auszubilden, dessen eines Ende an einem der Polschenkel befestigt und dessen anderes Ende frei beweglich ist, so daß dieses den Anker von der benachbarten Polfläche drücken kann. Dieses Bimorph-Piezoelement ist ein Biegeelement, welches an einem Ende eingespannt und am anderen Ende frei beweglich ist. Es bestehen nun zwei Möglichkeiten; das Piezoelement kann an dem Polschenkel, an dem sich die Drehachse des Ankers befindet, befestigt sein, oder es kann gemäß kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 7 mit einem Ende an dem Polschenkel befestigt sein, an dem die mit dem Anker zusammenwirkende Polfläche angeordnet ist, wogegen das andere Ende, welches ausbiegbar ist, sich im Bereich des anderen, die Drehachse Ankers halternden Polschenkel befindet. Insbesondere bei der letzten Ausführungsform ist die Aufbiegekraft für den Anker wegen des auf den Anker ausgeübten Drehmomentes sehr hoch, so daß ein Kleben in jedem Fall verhindert ist.In a special embodiment, the actuator is a piezoceramic elongator; it is of course also possible to design the actuator as a bimorph piezo element, one end of which is attached to one of the pole legs and the other end is freely movable, so that it can press the armature from the adjacent pole face. This bimorph piezo element is a bending element which is clamped at one end and is freely movable at the other end. There are now two options; the piezo element can be fastened to the pole leg, on which the axis of rotation of the armature is located, or it can, according to the characterizing features of claim 7, be fastened at one end to the pole leg, on which the pole face interacting with the armature is arranged, whereas that the other end, which can be bent out, is located in the region of the other pole leg holding the axis of rotation of the armature. In particular in the last embodiment, the bending force for the armature is very high because of the torque exerted on the armature, so that sticking is prevented in any case.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 8 zu etnehmen.Another embodiment of the invention can be gathered from the characterizing features of claim 8.

Danach ist der Auslöser durch eine Art Hebelgestänge gebildet, welches eine Kniehebelanordnung ist, wobei das als Elongator ausgebildete piezoelektrische Element auf das Gelenk wirkt, so daß die Hebelanordnung über eine Totpunktlage in eine stabile Lage gedrückt wird. Bei einer solchen Anordnung besteht in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, einen der Hebel mit dem beweglichen Kontaktstück oder mit den beweglichen Kontaktstücken direkt zu verbinden. Die Kontaktdruckfeder kann dabei die Feder sein, die das Gestänge einerseits in der ersten stabilen Lage und andererseits in der zweiten stabilen Lage hält.The trigger is then formed by a type of lever linkage which is a toggle lever arrangement, the piezoelectric element designed as an elongator acting on the joint, so that the lever arrangement is pressed into a stable position via a dead center position. With such an arrangement, there is advantageously the possibility of directly connecting one of the levers to the movable contact piece or to the movable contact pieces. The contact pressure spring can be the spring that holds the linkage on the one hand in the first stable position and on the other hand in the second stable position.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Aulöser gleichzeitig das Schaltschloß.In this embodiment according to the invention, the solenoid is also the switching lock.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann dahin gehen, daß der Auslöser durch zwei relativ zueinander bewegliche, vorzugsweise drehbare Teile gebildet ist, von denen eines ortsfest ist. Ein erstes trägt den Permanentmagneten und ein zweites Teil ist dem Aktuator zugeordnet und wird in einer Ruhestellung von dem ersten angezogen, in dem die beiden Teile aufeinander liegen. Im Falle eines Signals von der Sekundärwicklung wird von dem Aktuator das zweite Teil von dem ersten abgehoben, also entfernt, so daß das bewegliche Teil von der Kraft der Feder in eine Auslösestellung verbracht wird. Wenn der Aktuator gemäß kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 10 ein als Ringschwinger ausgebildeter piezokeramischer Körper ist, mit dessem freien Ende das bewegliche Teil verbunden ist, dann sind die beiden Teile gegeneinander verdrehbar, wodurch ein Schaltschloß betätigt werden kann, welches die Kontaktstücke in der Netzleitung öffnet.A further embodiment of the invention can be such that the trigger is formed by two, preferably rotatable, parts that are movable relative to one another, one of which is stationary. A first carries the permanent magnet and a second part is assigned to the actuator and is attracted to the first in a rest position in which the two parts lie one on top of the other. In the case of a signal from the secondary winding, the actuator lifts the second part from the first, ie removes it, so that the movable part is brought into a release position by the force of the spring. If the actuator according to the characterizing features of claim 10 is a piezoceramic body designed as a ring oscillator, with the free end of which the movable part is connected, then the two parts can be rotated relative to one another, as a result of which a switching lock can be actuated, which opens the contact pieces in the power line.

Wenn als piezokeramischer Körper ein Elongator verwendet wird, können mit diesem relativ große Auslenkungen und besonders hohe Kräfte erzeugt werden.If an elongator is used as the piezoceramic body, relatively large deflections and particularly high forces can be generated with it.

Bei allen piezokeramischen Körpern ist die Auslenkung besonders günstig zu nutzen, wenn der piezokeramische Körper in seiner Resonanzfrequenz betrieben wird.With all piezoceramic bodies, the deflection can be used particularly cheaply if the piezoceramic body is operated in its resonance frequency.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Auslöser kostengünstig hergestellt werden kann und in jedem Fall sicher ist; eine Klebung eines ankerförmigen Teiles an einer Polfläche ist durch die physikalischen Gegebenheiten einfach vermieden.The particular advantage of the invention is that the trigger can be manufactured inexpensively and is safe in any case; sticking of an anchor-shaped part to a pole face is simply avoided due to the physical conditions.

Ein weiterer Vorteil der Ausführungsformen der Ansprüche 2 bis 7 besteht darin, daß das Piezoelement an einem herkömmlichen permanentmagnetischen Fehlerstromauslöser angebracht werden kann, ohne daß der Fehlerstromauslöser von einem Ruhestromauslöser in einen Arbeitsstromauslöser umzuwandeln ist. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, ohne konstruktive Änderung die Funktionszuverlässigkeit eines konventionellen Fehlerstromschutzschalters wesentlich zu verbessern. Es besteht die Möglichkeit, die Erregerspule des Fehlstromauslösers beizubehalten und darüberhinaus bei entsprechenden Piezomaterialien die Spule auch wegzulassen. Piezoaktuatoren sind nämlich in der Lage, bei relativ großem Hub (0,1 mm) sehr große Kräfte (bis 2 MN/200 kP) zu erzeugen. Diese Eigenschaften geben die Möglichkeit, einen sehr stark permanentmagnetisch vorgespannten Magnetkreis aufzuschlagen, weswegen der Magnetkreis grober ausgelegt werden kann; die Anforderungen an den Luftspalt können dabei reduziert werden oder man kann auch die Haltekraft wesentlich erhöhen. Dadurch wird das System gegen Erschütterungen weniger anfällig. Auf einen magnetischen Nebenschluß kann dabei verzichtet werden, da der Permanentfluß erhöht werden kann. Es ist darüberhinaus auch möglich, die Rückholkraft zu erhöhen, so daß das Auslösesystem zur Öffnung der Schaltwerksverklinkung wesentlich sicherer ausgelegt werden kann. Damit die Materialstruktur im Bereich des Arbeitsluftspaltes nicht angegriffen wird, ist es zweckmäßig, die Oberfläche an dem Arbeitsluftspalt zu vergüten.Another advantage of the embodiments of claims 2 to 7 is that the piezo element can be attached to a conventional permanent magnetic residual current release without the residual current release having to be converted from a closed-circuit release into a shunt release. This enables the functional reliability of a conventional residual current circuit breaker to be significantly improved without design changes. It is possible to keep the field coil of the residual current release and, in addition, to omit the coil for appropriate piezo materials. Piezo actuators are able to generate very large forces (up to 2 MN / 200 kP) with a relatively large stroke (0.1 mm). These properties make it possible to open a very strongly permanently magnetically biased magnetic circuit, which is why the magnetic circuit can be made coarser; The requirements for the air gap can be reduced or the holding force can be increased significantly. This makes the system less susceptible to vibrations. A magnetic shunt can be dispensed with since the permanent flow can be increased. It is also possible to increase the return force so that the release system for opening the rear derailleur latch can be designed to be much safer. In order that the material structure in the area of the working air gap is not attacked, it is advisable to temper the surface of the working air gap.

Ein Piezoaktuator ist eine Art Kondensator, der zur Auslösung aufgeladen wird. Damit der Aktuator wieder beaufschlagt werden kann, muß er zuvor entladen werden. Diese Entladung kann vorgenommen werden, wenn der Schalter in Ausschaltstellung geht oder wenn er eingeschaltet wird. Vorzugsweise kann parallel zu dem Aktuator eine geöffnete Kontaktstelle vorgesehen sein, die durch einen beweglichen Kontakt, z. B. einen Wischkontakt, kurzfristig beim Ausschalt- oder beim Einschaltvorgang geschlossen werden kann.A piezo actuator is a type of capacitor that is charged to trigger. So that the actuator can be acted upon again, it must first be discharged. This discharge can be done when the switch is in the off position or when it is turned on. Preferably, an open contact point can be provided in parallel to the actuator, which by a movable contact, for. B. a wiping contact can be closed briefly when switching off or on.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous refinements and improvements of the invention can be found in the further subclaims.

Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.The invention and further advantageous refinements and improvements of the invention are to be explained and described in more detail with reference to the drawing, in which some exemplary embodiments of the invention are shown.

Es zeigen:

Figur 1 und 2
einen bekannten Fehlerstromauslöser in auslösebereiter Stellung und in ausgelöster Stellung
Figur 3
einen erfindungsgemäßen Fehlerstromauslöser in Seitenansicht,
Figur 4
den Auslöser gemäß Figur 3 in Frontansicht,
Figur 5
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Auslösers, in Seitenansicht,
Figur 6
den Auslöser nach Figur 5 in Frontansicht,
Figur 7 bis 10
zwei weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Fehlerstromauslösers, in Seiten- und Frontansicht,
Figur 11
eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Fehlerstromauslösers in auslösebereiter Stellung,
Figur 12
den Auslöser gemäß Figur 11 in ausgelöster Stellung, sowie
Figur 13 und 14
zwei Ausgestaltungen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Show it:
Figure 1 and 2
a known residual current release in the ready position and in the released position
Figure 3
a residual current release according to the invention in side view,
Figure 4
3 in front view,
Figure 5
another embodiment of a trigger according to the invention, in side view,
Figure 6
the trigger of Figure 5 in front view,
Figure 7 to 10
two further embodiments of a residual current release according to the invention, in side and front view,
Figure 11
1 shows a schematic illustration of a further embodiment of a residual current release in the position ready for tripping,
Figure 12
the trigger according to Figure 11 in the released position, and
Figures 13 and 14
two configurations of a further embodiment of the invention.

Der Auslöser gemäß den Figuren 1 und 2 ist ein üblicher Auslöser, wie er derzeit in Fehlerstromschutzschaltern eingesetzt ist. Der Auslöser besitzt ein U-förmiges Magnetjoch 10 mit an einem Steg 11 angeformten Polschenkeln 12 und 13. An dem einen Polschenkel 13 ist über eine Drehachse 14 ein Magnetanker 15 in Form eines Klappankers angelenkt, der in Pfeilrichtung P um die Drehachse 14 drehbar ist und dauernd unter der ebenfalls in Pfeilrichtung P verlaufenden Kraft einer Feder 16 steht. An der Außenseite des Steges 11 ist ein Permanentmagnet 17 angeordnet. Um den Polschenkel 12 ist eine Erregerwicklung 18 herumgewickelt, deren Enden mit der Sekundärwicklung 19 eines Summenstromwandlers 20 verbunden Wenn aufgrund eines Fehlerstromes in der Sekundärwicklung 19 ein Signal erzeugt wird, wird der in dem Magnetjoch 10 fließende magnetische Fluß φ, der von dem Permanentmagnet 17 erzeugt wird, durch den Fluß φ₁ überlagert, so daß der magnetische Gesamtfluß kleiner bzw. zu Null wird, so daß die Feder 16 den Klappanker 15 in Öffnungsrichtung P verschwenkt, wie aus der Figur 2 ersichtlich ist.The trigger according to FIGS. 1 and 2 is a common trigger as it is currently used in residual current circuit breakers. The trigger has a U-shaped magnetic yoke 10 with pole legs 12 and 13 formed on a web 11. At one pole leg 13, a magnet armature 15 in the form of a hinged armature is articulated via an axis of rotation 14, which can be rotated in the direction of arrow P about the axis of rotation 14 and is constantly under the force of a spring 16, which also extends in the direction of arrow P. A permanent magnet 17 is arranged on the outside of the web 11. An excitation winding 18 is wound around the pole leg 12, the ends of which are connected to the secondary winding 19 of a summation current transformer 20 If a signal is generated due to a fault current in the secondary winding 19, the magnetic flux φ flowing in the magnetic yoke 10, which is generated by the permanent magnet 17, is superimposed by the flux φ₁, so that the total magnetic flux becomes smaller or zero, so that the spring 16 pivots the hinged anchor 15 in the opening direction P, as can be seen from FIG.

Die Polfläche 21, auf der das freie Ende des Ankers 15 aufliegt, kann unter Umständen mit Fremdmitteln verschmutzt sein, so daß trotz Anstehen des Signales in der Erregerwicklung 18 der Anker kleben bleibt.The pole face 21, on which the free end of the armature 15 rests, can under certain circumstances be contaminated with external means, so that the armature remains stuck in the field winding 18 despite the presence of the signal.

Um dies zu vermeiden, ist am Polschenkel 12 im Bereich der Polfläche 21 ein piezoelektrisches Element 22 in Form eines Elongators vorgesehen, welches von einer zweiten Sekundärwicklung 23 über eine entsprechende und geeignete elektrische Ansteuerschaltung 24 mit einem Signal angesteuert wird, welches bei Auftreten eines Fehlerstromes im Netz in der Sekundärwicklung 23 erzeugt wird. Der Elongator 22 vergrößert seine Länge und drückt so den Anker 15 von der Polfläche 21 ab, so daß zwischen dem Anker 15 und der Polfläche des Polschenkels 12 eine Reduzierung der Haltekraft entsteht, und die Feder 16 den Klappanker 15 von der Polfläche 21 abziehen kann.In order to avoid this, a piezoelectric element 22 in the form of an elongator is provided on the pole leg 12 in the area of the pole face 21, which is controlled by a second secondary winding 23 via a corresponding and suitable electrical control circuit 24 with a signal which is generated when a fault current occurs in the Network is generated in the secondary winding 23. The elongator 22 increases its length and thus presses the armature 15 away from the pole face 21, so that between the armature 15 and the pole face of the pole leg 12 there is a reduction in the holding force, and the spring 16 can pull the hinged armature 15 away from the pole face 21.

Bei der Ausführung nach der Figur 5 ist die Erregerwicklung 18 weggelassen und an dem Polschenkel 12 befindet sich ein piezokeramisches Element 25, welches durch eine Ansteuerschaltung 26 mit einem sekundärseitigen Signal angesteuert wird. Das piezokeramische Element ist so bemessen, daß es den Anker 15 so weit von der Polfläche 21 entlastet oder abhebt, daß die Federkraft die magnetische Kraft, die vom Permanentmagneten 17 herrührt, überwinden kann.In the embodiment according to FIG. 5, the excitation winding 18 is omitted and on the pole leg 12 there is a piezoceramic element 25 which is controlled by a control circuit 26 with a signal on the secondary side. The piezoceramic element is dimensioned such that it relieves or lifts the armature 15 so far from the pole face 21 that the spring force can overcome the magnetic force resulting from the permanent magnet 17.

Die Ausführungsformen nach den Figuren 7 bis 10 zeigen unterschiedliche Befestigungsmöglichkeiten eines piezokeramischen Elementes 27 bzw. 28 an dem Polschenkel 12.The embodiments according to FIGS. 7 to 10 show different fastening options for a piezoceramic element 27 or 28 on the pole leg 12.

Bei der Ausführung nach Figur 7 und 8 bzw. 9 und 10 wird das piezokeramische Element oder der piezokeramische Körper in Zylinder- oder Röhrenform ausgebildet und am Jochschenkel 2 beispielsweise in einem negativen Schwalbenschwanz oder mit einem positiven Schwalbenschwanz bündig mit der Polfläche 21 befestigt. Die Figuren 7 bis 10 zeigen die Halterung sehr schematisch. Im Prinzip kommt es auf die Art der Befestigung nicht an. Wichtig ist nur die Befestigung so, daß Erschütterungen nicht zu einem Lösen führen können. Nach der Befestigung können die Polfläche mit dem piezokeramischen Körper überschliffen oder sonst wie gemeinsam bearbeitet werden, so daß die Polfläche und das die öffnung des Ankerelementes bewirkende Ende exakt in einer Ebene liegen.In the embodiment according to FIGS. 7 and 8 or 9 and 10, the piezoceramic element or the piezoceramic body is designed in the shape of a cylinder or tube and is attached to the yoke leg 2, for example in a negative dovetail or with a positive dovetail, flush with the pole face 21. Figures 7 to 10 show the bracket very schematically. In principle, the type of attachment is not important. It is only important to attach them in such a way that vibrations cannot lead to loosening. After fastening, the pole face can be ground with the piezoceramic body or otherwise worked together, so that the pole face and the end causing the opening of the anchor element lie exactly in one plane.

Diese Piezoaktuatoren sind in der Lage, bei relativ hohem Hub mit 0,1 mm sehr hohe Kräfte zu erzeugen, und zwar bis 200 kP oder 2 MN. Diese Eigenschaften geben dem Piezoelement die Möglichkeit, einen sehr stark permanentmagnetisch vorgespannten Magnetkreis aufzuschlagen, weswegen der Magnetkreis bei den in den Figuren 3 bis 10 dargestellten Anordnungen grober ausgelegt werden können. Die Anforderungen an den Luftspalt zwischen dem Anker und der Polfläche können reduziert und/oder die Haltekraft wesentlich erhöht werden, so daß auch das System gegen Erschütterungen weniger anfällig wird. Auf einen magnetischen Nebenschluß, wie er bei sog. Sperrmagnetauslösern vorgesehen ist, kann verzichtet werden, da der Permanentfluß erhöht werden kann. Es ist auch möglich, wegen der Erhöhung der Magnetkraft die Rückholkraft zu erhöhen, so daß das Auslösesystem zur Öffnung der Schaltwerksverklinkung wesentlich sicherer wird. Allerdings ist bei solchen Auslösesystemen mit hoher Haltekraft, die durch einen Aktuator aufgeschlagen wird, die Oberfläche am Arbeitsluftspalt zu vergüten, damit die Materialstruktur bei kräftiger und häufiger Betätigung nicht angegriffen wird.These piezo actuators are able to generate very high forces with a relatively high stroke with 0.1 mm, namely up to 200 kP or 2 MN. These properties give the piezo element the possibility of opening a very strongly permanently magnetically biased magnetic circuit, which is why the magnetic circuit can be roughly designed in the arrangements shown in FIGS. 3 to 10. The requirements for the air gap between the armature and the pole face can be reduced and / or the holding force increased significantly, so that the system is also less susceptible to shocks. A magnetic shunt, as is provided in so-called blocking magnet triggers, can be dispensed with, since the permanent flux can be increased. It is also possible to increase the return force due to the increase in the magnetic force, so that the release system for opening the Derailleur latching is much safer. However, in the case of such release systems with a high holding force, which is opened by an actuator, the surface at the working air gap has to be tempered, so that the material structure is not attacked when operated vigorously and frequently.

Der geringe, aber doch relativ hohe Hub eines Piezoaktuators, aber dessen sehr hohe Kraft, ermöglicht eine Geräteverklinkung mit einem darin integrierten Auslöser, der auf dem Prinzip eines magnetischen Kniegelenks basiert. In den Figuren 11 und 12 ist eine solche Anordnung schematisch dargestellt.The small but relatively high stroke of a piezo actuator, but its very high force, enables device locking with an integrated trigger, which is based on the principle of a magnetic knee joint. Such an arrangement is shown schematically in FIGS. 11 and 12.

Der Auslöser besitzt zwei mittels eines Gelenkes 30 miteinander verbundene Hebel 31 und 32, an deren freien Enden Rollen 33 und 34 angeformt bzw. angelenkt sind. Diese Rollen 33 und 34 sind in Rollenbahnen 35 und 36 im Gehäuse des den Auslöser aufnehmenden Fehlerstromschutzschalters geführt. Die Rollenbahn 35 besitzt einen Anschlag 37, wogegen die Rollenbahn 36 eine freie Beweglichkeit der Rolle 34 gestattet. An der Rolle 34 angebracht ist unter Zwischenfügung einer Druckfeder 38 ein bewegliches Kontaktstück 39, welches mit einem Festkontaktstück 40 zusammenwirkt. In dem Bereich, in dem sich das Gelenk 30 befindet, ist ein Permanentmagnet 41 vorgesehen, der auf einem piezokeramischen Körper 42 befestigt ist.The trigger has two levers 31 and 32 connected to one another by means of a joint 30, on the free ends of which rollers 33 and 34 are formed or articulated. These rollers 33 and 34 are guided in roller conveyors 35 and 36 in the housing of the residual current circuit breaker receiving the trigger. The roller conveyor 35 has a stop 37, whereas the roller conveyor 36 allows the roller 34 to move freely. Attached to the roller 34 is a movable contact piece 39, which interacts with a fixed contact piece 40, with the interposition of a compression spring 38. In the area in which the joint 30 is located, a permanent magnet 41 is provided, which is fastened on a piezoceramic body 42.

In der auslösebereiten Stellung wird das Gelenk 30 an den Permanentmagnet angezogen, wodurch unter der Mitwirkung der Druckfeder 38 eine erste stabile Lage der beiden Hebel 31 und 32 gewährleistet ist. Wenn der Aktuator 42 durch ein sekundärseitiges Signal betätigt wird, dann bewegt sich die freie Fläche des Aktuators 42 in Pfeilrichtung P1, so daß das Gelenk 30 über eine Totpunktlage hinaus von der Feder 38 in eine zweite stabile Lage verbracht wird, wie aus der Figur 12 ersichtlich ist. Die beiden Hebel 31 und 32 sind aufeinanderzugewandert, weil das Gelenk 30 durch eine weitere Führung 43 geführt ist; wenn die Rolle 33 am Anschlag 37 festgehalten wird, dann wird sich das Gelenk um einen Kreis um die Rolle 33 drehen, wobei gleichzeitig auch die Rolle 34 in Pfeilrichtung H bewegt und der bewegliche Kontakt 39 vom festen Kontakt 40 abgehoben wird.In the ready-to-release position, the joint 30 is attracted to the permanent magnet, whereby a first stable position of the two levers 31 and 32 is ensured with the cooperation of the compression spring 38. If the actuator 42 is actuated by a signal on the secondary side, the free surface of the actuator 42 moves in the direction of the arrow P1, so that the joint 30 is brought beyond a dead center position by the spring 38 into a second stable position, as can be seen from FIG. The two levers 31 and 32 have moved towards one another because the joint 30 is guided by a further guide 43; if the roller 33 is held on the stop 37, then the joint will rotate around a circle around the roller 33, the roller 34 simultaneously moving in the direction of the arrow H and the movable contact 39 being lifted off the fixed contact 40.

Anstatt eines Elongators, wie er in den Figuren 3 bis 12 dargestellt ist, kann auch ein Biegestreifen vorgesehen sein, siehe Figuren 13 und 14. Das Magnetjoch 10 besitzt seine beiden Schenkel 12 und 13, die von dem Klappanker 15 überdeckt werden. Der Klappanker 15 ist um eine an dem Polschenkel 13 angeordnete Drehachse 14 drehbar, wobei der Klappanker 15 einen Fortsatz 50 aufweist, die den Polschenkel 13 überragt und an dem eine Feder 51 angelenkt ist, deren anderes Ende an der Außenfläche des Polschenkels 13 angeschlossen ist. Diese Feder 51 entspricht in ihrer Wirkung der Feder 16.Instead of an elongator, as shown in FIGS. 3 to 12, a bending strip can also be provided, see FIGS. 13 and 14. The magnetic yoke 10 has its two legs 12 and 13, which are covered by the hinged anchor 15. The hinged armature 15 is rotatable about an axis of rotation 14 arranged on the pole arm 13, the hinged armature 15 having an extension 50 which projects beyond the pole arm 13 and to which a spring 51 is articulated, the other end of which is connected to the outer surface of the pole arm 13. The effect of this spring 51 corresponds to that of spring 16.

An der Innenseite des Polschenkels 13 ist ein als Biegestreifen ausgebildeter Aktuator aus piezokeramischem Material befestigt bzw. eingespannt, dessen freies Ende 53 sich im Bereich des anderen Polschenkels 12 befindet. An dem Anker 15 ist eine Warze 54 angebracht, gegen die das freie Ende 53 des Streifens 52 bei Anlegen einer Auslösespannung anliegt und auf diese Weise beim Verbiegen den Klappanker 15 von der Polfläche 21 des Polschenkels 12 entfernt.On the inside of the pole leg 13, an actuator made of piezoceramic material, designed as a bending strip, is fastened or clamped, the free end 53 of which is located in the region of the other pole leg 12. A wart 54 is attached to the armature 15, against which the free end 53 of the strip 52 abuts when a trigger voltage is applied, and in this way removes the hinged armature 15 from the pole face 21 of the pole leg 12 during bending.

Anstatt den Aktuator an dem Schenkel 13 zu befestigen, kann er auch am Schenkel 12 befestigt werden; er drückt im Bereich des Schenkels 13 gegen den Anker 15 und schlägt auf diese Weise den Anker 15 auf, siehe Figur 14.Instead of attaching the actuator to the leg 13, it can also be attached to the leg 12; it presses in the region of the leg 13 against the armature 15 and in this way opens the armature 15, see FIG. 14.

Der Vorteil bei der Anordnung nach der Figur 14 besteht darin, daß die relativ geringen Wege, die der Streifen 54 mit seinem freien Ende zurücklegt, durch geeignete Hebelanordnung zu einer deutlich vergrößerten Bewegung des freien Endes des Ankers 15 führen. Die gleiche Ausbiegung der Biegestreifen 52 und 54 führt wegen der unterschiedlichen Entfernung der Angriffspunkte der freien Enden der beiden Biegestreifen 52 und 54 am Anker von der Drehachse zu einer deutlich vergrößerten Winkelbewegung des Klappankers bei der Ausführung nach Figur 14.The advantage of the arrangement according to FIG. 14 is that the relatively short paths which the strip 54 travels with its free end lead to a significantly increased movement of the free end of the armature 15 by means of a suitable lever arrangement. The same deflection of the bending strips 52 and 54 leads to a significantly increased angular movement of the folding anchor in the embodiment according to FIG. 14 because of the different distance of the points of attack of the free ends of the two bending strips 52 and 54 on the anchor from the axis of rotation.

Claims (14)

Permanentmagnetischer Fehlerstromauslöser für einen Fehlerstromschutzschalter oder -baustein, mit einem einen Permanentmagneten enthaltenden Bauelement mit wenigstens einer Polfläche, gegen die ein Ankerelement entgegen der Kraft einer Feder durch den Permanentfluß angezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Polfläche (21) ein Aktuator (22, 25, 27; 52, 54) zugeordnet ist, der aus einem bei Auftreten eines elektrischen Signals seine Geometrie verändernden Material besteht, dergestalt, daß bei Auftreten des Signals der Aktuator der Haltekraft am Ankerelement entgegenwirkt und so das Ankerelement (15) durch direkte Luftspanänderung von der Polfläche (21) abhebt, so daß es durch die Rückholfeder entfernt und in ausgelöste Stellung verbracht wird.Permanent magnetic residual current release for a residual current circuit breaker or component, with a component containing a permanent magnet with at least one pole face against which an armature element is attracted by the permanent flux against the force of a spring, characterized in that the pole face (21) has an actuator (22, 25 , 27; 52, 54) is assigned, which consists of a material which changes its geometry when an electrical signal occurs, in such a way that when the signal occurs the actuator counteracts the holding force on the anchor element and thus the anchor element (15) by direct change in air span from the Pole surface (21) lifts so that it is removed by the return spring and brought into the released position. Fehlerstromauslöser oder Auslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (22, 25, 27; 52, 54) aus einem piezoelektrischen Keramikmaterial besteht.Residual current release or release according to claim 1, characterized in that the actuator (22, 25, 27; 52, 54) consists of a piezoelectric ceramic material. Fehlerstromauslöser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er ein U-förmiges Magnetjoch (10) aufweist, dessen Polschenkel (12, 13) von dem Ankerelement (15) überdeckt sind, wobei sich das Ankerelement bei einem Auslösevorgang um eine Drehachse an einem Polschenkel dreht, und daß der Aktuator der Polfläche des anderen Polschenkels zugeordnet ist.Residual current release according to one of the preceding claims, characterized in that it has a U-shaped magnetic yoke (10), the pole legs (12, 13) of which are covered by the armature element (15), the armature element being in contact with one another during a triggering process about an axis of rotation Pole leg rotates, and that the actuator is assigned to the pole face of the other pole leg. Fehlerstromauslöser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator ein piezokeramischer Elongator ist.Residual current release according to claim 3, characterized in that the actuator is a piezoceramic elongator. Fehlerstromauslöser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator ein Bimorph-Piezoelement (52, 54) ist, dessen eines Ende an einem der Polschenkel befestigt und dessen anderes Ende frei beweglich ist, so daß dieses den Anker von der benachbarten Polfläche drücken kann.Residual current release according to claim 1 or 2, characterized in that the actuator is a bimorph piezo element (52, 54), one end of which is attached to one of the pole legs and the other end of which is freely movable so that it presses the armature from the adjacent pole face can. Auslöser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Piezoelement an dem Polschenkel, an dem sich die Drehachse des Ankers befindet, befestigt ist.Trigger according to claim 5, characterized in that the piezo element is attached to the pole leg, on which the axis of rotation of the armature is located. Auslöser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Piezoelement mit einem Ende an dem Polschenkel befestigt ist, an dem die mit dem Anker zusammenwirkende Polfläche angeordnet ist, wogegen das andere Ende sich im Bereich des anderen, die Drehachse des Ankers aufweisenden Polschenkel befindet.Trigger according to Claim 5, characterized in that the piezo element is fastened at one end to the pole leg on which the pole face interacting with the armature is arranged, whereas the other end is in the region of the other pole leg having the axis of rotation of the armature. Auslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Aktuator (42) der Permanentmagnet (41) angebracht und mit diesem bewegbar ist, daß zwei miteinander gelenkig verbundene Hebel (31, 32) vorgesehen sind, daß das freie Ende wenigstens eines der Hebel (32) in einer Richtung, die etwa quer zur Betätigungsrichtung des Aktuators (42) verläuft, und das Gelenk etwa in Betätigungsrichtung des Aktuators beweglich geführt ist, daß die Hebel (31, 32) von einer Feder (38) beaufschlagt sind, deren Kraft etwa in Richtung der Hebel verläuft, wenn sich diese in einer Linie befinden, daß das Gelenk von dem Permanentmagneten gegen die Kraft der Feder angezogen wird und sich die Hebel so in einer ersten stabilen Lage befinden, und daß der Aktuator so bemessen ist, daß das Gelenk über eine Totpunktlage, in der die Hebel etwa in einer Linie liegen, hinausbewegt wird, so daß die Feder die Hebel in die zweite stabile Lage bewegt.Trigger according to Claim 1, characterized in that the permanent magnet (41) is attached to the actuator (42) and can be moved with it, that two levers (31, 32) which are connected to one another in an articulated manner are provided such that the free end of at least one of the levers (32 ) in a direction that is approximately transverse to the direction of actuation of the actuator (42), and the joint is movably guided approximately in the direction of actuation of the actuator, that the levers (31, 32) are acted upon by a spring (38), the force of which is approximately in The direction of the lever is when they are in a line, that the joint is attracted by the permanent magnet against the force of the spring and the lever is in a first stable position, and that the actuator is dimensioned so that the joint over a dead center position, in which the levers lie approximately in a line, is moved out, so that the spring moves the levers into the second stable position. Auslöser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem freien Ende des einen Hebels (32) ein bewegliches Kontaktstück (39) verbunden ist, und daß die Feder (38) zwischen dem freien Ende des Hebels (32) und dem Kontaktstück (39) angeordnet ist und als Kontaktdruckfeder dient.Trigger according to Claim 8, characterized in that a movable contact piece (39) is connected to the free end of the one lever (32), and in that the spring (38) between the free end of the lever (32) and the contact piece (39) is arranged and serves as a contact pressure spring. Auslöser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei relativ zueinander bewegliche Teile, von denen eines ortsfest ist und das erste dem Permanentmagneten und das zweite dem Aktuator zugeordnet ist und dabei in einer Ruhestellung von dem ersten angezogen wird, wobei der Aktuator das zweite Teil bei Auftreten des Signales vom ersten entfernt, so daß das bewegliche Teil von der Kraft der Feder in eine Auslösestellung verbracht wird.Trigger according to claim 1, characterized by two relatively movable parts, one of which is stationary and the first is assigned to the permanent magnet and the second to the actuator and is attracted to the first in a rest position, the actuator the second part when the Signals removed from the first, so that the movable part is brought into a release position by the force of the spring. Auslöser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator ein als Ringschwinger ausgebildeter piezokeramischer Körper ist, mit dessem freien Ende das bewegliche Teil verbunden ist.Trigger according to Claim 10, characterized in that the actuator is a piezoceramic body designed as a ring oscillator, with the free end of which the movable part is connected. Auslöser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal das an einer Sekundärwicklung am Summenstromwandler bei Auftreten eines Fehlerstromes in einem den Fehlerstromschutzschalter oder -baustein enthaltenden Netz mit wenigstens einem Hin- und Rückleiter anstehende Signal ist.Tripping device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical signal is the signal present at a secondary winding on the summation current transformer when a fault current occurs in a network containing the fault current circuit breaker or module with at least one forward and return conductor. Auslöser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Aktuator und der Sekundärwicklung eine das elektrische Signal verarbeitende und/oder speichernde Schaltungsanordnung eingeschaltet ist, die ggf. ein Signal abgibt, dessen Frequenz der Resonanzfrequenz des Aktuators entspricht.Trigger according to one of the preceding claims, characterized in that between the actuator and the secondary winding, a circuit arrangement processing and / or storing the electrical signal is switched on, which possibly emits a signal whose frequency corresponds to the resonance frequency of the actuator. Auslöser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß elektrisch parallel zu dem Aktuator eine offene, lediglich beim Ausschalt- oder Einschaltvorgang kurzfristig schließbare Kontaktstelle vorgesehen ist, mit der der als Kondensator wirkende Aktuator entladbar ist.Trigger according to one of the preceding claims, characterized in that an open contact point is provided electrically in parallel with the actuator and can only be closed briefly during the switching-off or switching-on process, by means of which the actuator acting as a capacitor can be discharged.
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