DD134166B1 - Hochempfindlicher haltemagnetausloeser - Google Patents

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Haltemagnetauslöser hoher Empfindlichkeit, der nach dem Sättigungsprinzip arbeitet und insbesondere als Auslöser für Fehlerstromschutzschalter geeignet ist,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die zur Zeit in Fehlerstromschutzschaltern eingesetzten Ausloser arbeiten entweder nach dem Kompensationsprinzip oder nach dem Sättigungsprinzip. Die nach dem Sättigungsprinzip arbeitende Gruppe kann folgendermaßen beschrieben werden:

Zwei aus hochwertigem ferromagnetischem Flachmaterial bestehende Joche, die ein Fenster für die Aufnahme einer Spule besitzen, stehen sich mit ihren Breitseiten gegenüber und sind durch eine nichtferromagnetische oder eine teils ferromagnetische und teils nichtferromagnetische Schicht, die als Nebenschluß dient, verbunden. Durch beide.Jochfenster ist eine gemeinsame Auslösespule gewickelt. An einer deite der Fenster sind die durch die Fenster entstehenden Rahmen besonders schmal gehalten. Diese Teile der Joche werden als Sättigungszonen bezeichnet. Die Seiten der Sättiguagszoaea, die den Stirnseiten der Joche entsprechen, sind feingeschliffen und werden durch einen ebenfalls feingeschliffenen Anker überbrückt. Die Länge der schmalen Sättigungszonen ist etwa so groß, wie der Anker lan™ ist.

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Aaf einer anderen Stirnseite der Joche oder auf der gleichen Seite, aber neben den Sättigungszonen, liegt der Dauermagnet auf (03-PS 24-2 777 und 278 954-). Bei diesen Auslösern wird der größte Teil des Flusses über den Nebenschluß geleitet, während Лег Rest den Anker durchsetzt und diesen gegen die Kraft einer Rückzugsfeder festhält. Wird die Spule mit einem Strom gespeist, so werden die Fenster der Joche durchflutet. In jeden Joch wird nun ein Fluß erzeugt, der die Fenster umwirbelt. Ist dieser Fluß so groß, daß beide Sättigungszonen gesättigt sind, liegt der Anker auf Zonen gleichen magnetischen Zustandes, d. h. der den Anker haltende Gleichfluß ist abgeriegelt und der Anker wird von der Rückzugsfeder abgezogen. In Wirklichkeit fällt allerdings der Anker schon ab, bevor die Sättigung eintritt. Mit steigendem Erregerstrom wird nämlich der Srregerflu3 größer und auf Grund des endlichen Querschnittes der Sättigungszonen der Pernanentfluß kleiner, wobei der Anker dann abfällt, wenn die Haltekraft unter die üückzugskraft fällt. Der magnetische Nebenschluß hat insofern einen Einfluß auf die Empfindlichkeit, indem bei Sperrung des Permanentflusses durch die Durchflutung der Spule nicht der Fluß im Permanentmagneten selbst abgeriegelt werden muß, dazu wäre eine hohe Durchflutung nötig, sondern nur der Ankerfluß, wobei sich der Fluß im magnetisch gut leitenden Nebenschluß um etwa diesen Betrag erhöht. Dies entspricht gewissermaßen einer "Umschaltung des Flußweges. Einen entscheidenden Einfluß auf die Empfindlichkeit hat die Länge der Sättigungszone. In der OE-PS 24-2 777 wurde deshalb vorgeschlagen, die Sä^tigungszone nur auf die Stelle au begrenzen, auf der der Anker aufliegt. Nun darf aber die Haltekraft des ankers aus Gründen der Zuverlässigkeit, z. 3. der Erschufterungssicherheit, nicht beliebig klein gemacht werden, was zur Folge hat, daß auch der Anker und das Sättigungsgebiet nicht beliebig klein werden können. Deshalb erreichen diese Auslöser keine so hohe Empfindlichkeit wie Kompensationsauslöser.

Aus der DE-AS 10 78 227 und der DE-GM 18 19 419 ist es auch schon bekannt, die Ankerzone durch zwei in Richtung des Flusses kurze Sättigungszonen zu begrenzen. Dadurch kann der Durchflutungsanteil für diese Zonen kleiner gehalten werden.

Offensichtlich wurde jedoch nicht erkannt, daß die Länge dieser Zonen in Richtung des sie durchsetzenden Flusses klein sein muß, um den Durchflutungsanteil für diese Zonen minimal zu halten. Dies ist vor alle« deshalb von Bedeutung, weil wegen der eintretenden Sättigung die Feldstärke hohe Werte annimmt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die nach dem Sättigungsprinzip arbeitenden Auslöser empfindlicher zu machen·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Erhöhung der Empfindlichkeit durch eine zweckmäßige Ausbildung der Sättigungszonen zu erzielen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in jeder Flußzuführung, die innerhalb der Joche den Permanentfluß vom Permanentmagneten zur Ankerzone leitet, Sätigungsgitter eingebracht werden, die aus vielen, in Flußrichtung kurzen Durchbrüchen mit beliebiger geometrischer Form bestehen. Die Sättigungszonen müssen in ihrem Querschnitt, dieser entspricht der Summe der Querschnitte der Teilsättigungszonen, so bemessen sein, daß sie den Haltefluß zur Erzeugung der notwendigen Haltekraft führen können, ohne in die Sättigung zu kommen. Sie dürfen aber auch nicht einen zu großen Querschnitt besitzen, denn dann wird der Sättigungsfluß höher und die Induktion in den nicht zum Sättigungsgebiet gehörenden Oochteilen wird größer.

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Dies bedeutet aber, daß auch die Feldstärke steigt, so daß der Durchflutungsbedarf für die nicht zu den Sättigungszonen gehörigen Oochteile ebenfalls anwächst.

Ausführunqsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

In der dazugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 ; eine Ansicht des erfindungsgemäßen Auslösers Fig. 2 : eine Seitenansicht im Schnitt durch die Ankerzone "Auslösers nach Fig. 1 _/

Fig. 3 ! ein herausgezeichnetes Sättigungsgitter nach Fig. 1.

Der Magnetauslöser besteht aus den Jochen 1, dem Permanentmagneten 2 und dem vom Permanentfluß gehaltenen Anker 9, die beide die Joche 1 an den entgegengesetzten Stirnseiten überbrükken.

Vom Permanentmagneten wird der Permanentfluß zur Ankerzone geleitet, die von den beiden Sättigungszonen 4 begrenzt wird. Wie Fig. 3 zeigt, bestehen die Sättigungsgitter 4 aus Teilsättigungszonen 11 und Durchbrüchen 12, wobei die Länge der Durchbrüche und damit auch die der Teilsättigungszonen in Flußrichtung kurz sein soll, vorzugsweise 0,1 bis 0,2 mm. Bei einer weiteren Verringerung dieser Länge kann der Fall eintreten, daß der Anker bereits durch Streufluß über die Luftspalte der Durchbrüche gehalten wird. Die Summe der Querschnitte aller Teilsättigungszonen 11 eines Gitters 4 muß so groß gehalten werden, daß der Permanentfluß zur Erzeugung der notwendigen Haltekraft des Ankers geführt werden kann, ohne daß die Teilsättigungszonen in die Sättigung kommen. Es ist vorteilhaft, möglichst viele kurze Durchbrüche 12 bei geringem Querschnitt der Teilsättigungszonen einzubringen. Je mehr Durchbrüche 12 eingebracht werden, um so geringer wird jedoch die Wanddicke zwischen den Durchbrüchen. Da diese aus technologischen Gründen nicht beliebig dünn gemacht werden kann, ist es unter Umständen erforder-

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lieh, wenige Durchbrüche bei größerer Wanddicke einzubringen. Um dabei die Länge der Sättigungszonen klein zu halten, ist es vorteilhaft, wie in Fig. 3 den Durchbrüchen 12 eine ovale Form zu geben.

Es ist außerdem günstig, die das Fenster 8 umgebenden Dochteile 1, außer die Sä'ttigungszonen selbst, in ihrem Querschnitt möglichst groß zu halten, denn bei konstantem Fluß ist der Durchflutungsbedarf, die Verlustleistung und die Magnetisierungsleistung um so kleiner, je größer der Querschnitt ist· Der magnetische Nebenschluß kann in bekannter Weise durch ferromagnetische Zwischenlagen 5 und nichtferromagnetische Zwischenlagen 6 oder auch durch ferromagnetische Zwischenlagen 5 realisiert werden.

Die Zwischenlagen werden zweckmäßigerweise so ausgeführt, daß sie nicht im Bereich der Sättigungsgitter 4 und der Ankerzone 3 liegen. Dies hat den Vorteil, daß die Sättigungsgitter 4 nicht zusätzlich einen Teil des Nebenschlußflusses führen müssen und außerdem eine leichte Säuberung der Ankerzone 3 an der Ankerauflagestelle möglich ist. Wegen des ohnehin geringen Durchflutungsbedarfs wird man das Wickelfenster meist schmal halten. An der Ankerauflagestelle müssen die Gitter etwas weiter auseinander liegen, als der Anker breit ist, so daß im Ausführungsbeispiel die Gitter 4 schräggelegt wurden. Oa die Feldlinien das Sättigungsgitter annähernd geradlinig durchlaufen, benötigen die erfindungsgemäßen Auslöser nur eine minimale Auslösedurchflutung und Auslösescheinleistung. Betrachtet man hingegen eine Sättigungszone z, 8. nach DE-GM 18 19 419 einschließlich ihrer Umgebung, so erkennt man, daß die Fludichte unmittelbar vor und hinter der eigentlichen Sättigungszone höher ist. Dies bewirkt, daß die wirksame Länge der Sättigungszone größer als ihre geometrische Länge ist. Man kann diesen Effekt auch erklären, wenn man sich Äquipotentiallinien - Linien gleicher magnetischer Spannung - eingezeichnet denkt. Die Integrationswege der in Ankernähe verlaufenden Äquipotentiallinien sind bedeutend länger als die fensterseitig verlaufenden. Demzufolge muß wegen der geringen Feldstärke auch die Flußdichte ankerseiticj geringer sein als fensterseitig.

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Der erfindungsgemäSe Auslöser, nach Fig, I bis 3, besitzt den Vorteil, daß er eine geringe Auslösedurchflutung und Auslösescheinleistung benötigt» Der Summenstromwandler kann somit in seinen Abmessungen klein gehalten werden, bzw· man kann die Anzahl der Primärdurchführungen des Wandlers verringern.

Aufgrund der kurzen Sättigungszonen ist der magnetische Widerstand des Erregerkreises klein· Um einen bestimmten induktiven Widerstand UL zu erhalten, dieser bestimmte Wert ist wegen der Leistungsanpassung an den Wandler notwendig, braucht man nur eine kleine Windungszahl· Sind die Erregerkreise in sich luftspaltlos geschlossen, wie dies in dem Ausföhrungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 der Fall ist, müssen die Wicklungen 7 von Hand gewickelt werden, so daß eine kleine Windungszahl vorteilhaft ist.

Aufgrund der geringen Auslösedurchflutung, verbunden mit den schon bekannten Eigenschaften, wie Unabhängigkeit in Auslösung von der Polarität des Auslösestromes, ist die Anwendung als Primärauslöser möglich· In diesem Fall werden alle Leiter des Netzes ein- oder mehrfach durch das Fenster 8 gesteckt· Tritt ein Fehlerstroffl auf, so erfolgt die Auslösung unabhängig davon, ob diese ein reiner Wechselstrom, ein Mischstrom oder ein reiner Gleichstrom ist·

Bei der Anwendung als Primärauslöser wird es wegen des größeren Querschnittes der Hauptleiter meist notwendig sein, das Fenster δ und damit den Auslöser größer auszuführen· Ebenso kann es günstiger sein, das Fenster rund statt eckig zu gestalten·

Claims (2)

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   Erfindunqsanspruch

   1. Hochempfindlicher Haltemagnetauslöser, insbesondere für Fehlerstromschutzschalter, bestehend aus zwei 3ochen mit einem zur Aufnahme von einer oder mehreren Wicklungen dienenden Fenster sowie die Ooche überbrückenden Permanentmagneten und Anker, wobei ferromagnetische Zwischenschichten und gegebenenfalls eine weitere nichtferromagnetische Zwischenschicht die Joche distanzieren und in jeder FluSzuführung, die innerhalb der Doche den Fluß vom Permanentmagneten zur Ankerzone leitet, in Nähe des Ankers eine Sättigungszone angeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, daß jede Sättigungszone aus einer Mehrzahl von in Flußrichtung kurzen Teilsättigungszonen und Durchbrüchen besteht, die zusammen ein Sättigungsgitter bilden.
2. 2. Haltemagnetauslöser nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Sättigungsgitter aus Teilsättigungszonen und Durchbrüchen von 01, - 0,2 mm Länge in FIuS-

   richtung besteht·

   - Hierzu 1 Blatt Zeichnungen -