DE102010017901A1 - Electro-magnetic trigger for circuit breakers e.g. residual current circuit breaker, comprises fixed magnetic core, movable armature, coil tube, and coil, where fixed magnetic core and movable armature are arranged in coil tube - Google Patents

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Abstract

The electro-magnetic trigger (10) comprises a fixed magnetic core (12), a movable armature (14), a coil tube (16), and a coil surrounding the coil tube. The fixed magnetic core and the movable armature are arranged in the coil tube. The movable armature: is partially made from nanocrystalline particles of a soft magnetic material such as ferrite; and includes a plastic hollow body that is filled with the soft magnetic ferrite, where a striker (20) is formed on the plastic hollow body, and a compression body. The nanocrystalline particles are coated with plastic. The electro-magnetic trigger (10) comprises a fixed magnetic core (12), a movable armature (14), a coil tube (16), and a coil surrounding the coil tube. The fixed magnetic core and the movable armature are arranged in the coil tube. The movable armature: is partially made from nanocrystalline particles of a soft magnetic material such as ferrite; and includes a plastic hollow body that is filled with the soft magnetic ferrite, where a striker (20) is formed on the plastic hollow body, and a compression body. The nanocrystalline particles are coated with plastic. The soft magnetic material of the nanocrystalline particles is associated with the compression body and the striker.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Auslöser für einen Leitungsschutzschalter, Fehlerstromschutzschalter oder Motorschutzschalter, mit einem feststehenden Magnetkern, einem beweglichen Magnetanker, die innerhalb eines Spulenrohres angeordnet sind, und mit einer das Spulenrohr umgebenden Spule, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electromagnetic release for a circuit breaker, residual current circuit breaker or motor protection switch, with a fixed magnetic core, a movable armature, which are arranged within a coil tube, and with a coil surrounding the coil tube, according to the preamble of claim 1.

Ein gattungsgemäßer elektromagnetischer Auslöser ist bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2005 044 230 A1 , die daher in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung mit einbezogen sein soll.A generic electromagnetic release is known, for example from the DE 10 2005 044 230 A1 which is therefore to be included in the disclosure of the present invention.

Ein derartiger elektromagnetischer Auslöser besitzt einen feststehenden Kern, dem ein beweglicher Anker, der mit einem Schlagstift gekoppelt ist, zugeordnet ist, wobei der Kern und der Anker von einem Spulenrohr umfasst sind, so dass der Anker optimal bezogen auf den Kern geführt wird. Um das Spulenrohr herum ist eine Spule gewickelt, die dann vom Kurzschlussstrom durchflossen wird. Zwischen dem Kern und dem Anker befindet sich üblicherweise eine Fesselfeder, deren Aufgabe es ist, die Empfindlichkeit und den Ansprechwert des elektromagnetischen Auslösers einzustellen. Dabei ist festzuhalten, dass für unterschiedliche Kurzschlussströme auch unterschiedlich gestaltete elektromagnetische Auslöser verwendet werden können.Such an electromagnetic actuator has a fixed core associated with a movable armature coupled to a striker, the core and armature being comprised by a coil tube such that the armature is optimally guided relative to the core. Around the coil tube, a coil is wound, which is then traversed by the short-circuit current. Between the core and the anchor is usually a fetlock whose task is to adjust the sensitivity and the response of the electromagnetic release. It should be noted that for different short-circuit currents and differently designed electromagnetic triggers can be used.

Ein Leitungsschutzschalter besitzt üblicherweise ein Schaltschloss mit einer Verklinkungsstelle, welches Schaltschloss mit einem Kontakthebel gekoppelt ist. Am Kontakthebel ist ein so genanntes bewegliches Kontaktstück angeschlossen, welches zusammen mit einem feststehenden Kontaktstück eine Kontaktstelle bildet. Dem beweglichen Kontakthebel ist der elektromagnetische Auslöser zugeordnet, dessen Anker bei Anstehen eines Kurzschlussstromes den Schlagstift in Richtung auf den Kontakthebel hin antreibt, wodurch der Kontakthebel aufgeschlagen und die Kontaktstelle geöffnet wird.A circuit breaker usually has a switching mechanism with a Verklinkungsstelle, which switching mechanism is coupled to a contact lever. At the contact lever, a so-called movable contact piece is connected, which forms a contact point together with a fixed contact piece. The movable contact lever is associated with the electromagnetic release whose armature drives the striker pin in the direction of the contact lever when a short-circuit current occurs, whereby the contact lever is opened and the contact point is opened.

Bekannte elektromagnetische Auslöser verwenden als Anker einen weichmagnetischen Stahlkern. Stahl geht im Kurzschlussfall in die Sättigung, damit sinkt die Permeabilität μr des Eisens ab, im Extremfall auf einen Wert von μr = 1. Oberwellen im Stromnetz, beispielsweise hervorgerufen durch Schaltnetzteile im Netz, können darüber hinaus zu Erwärmungen des Stahlkerns durch Wirbelströme führen.Known electromagnetic triggers use as armature a soft magnetic steel core. Steel goes into saturation in the event of a short circuit, thus decreasing the permeability μ r of the iron, in extreme cases to a value of μ r = 1. Harmonics in the power network, caused for example by switching power supplies in the network, can lead to heating of the steel core by eddy currents ,

Der vorliegenden Erfindung liegt im Lichte des Standes der Technik daher die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Auslöser zu schaffen, der verbesserte magnetische Eigenschaften und eine verminderte Empfindlichkeit gegenüber Oberwellen im Stromnetz hat.It is an object of the present invention, in the light of the prior art, to provide an electromagnetic trip device having improved magnetic properties and reduced sensitivity to harmonics in the power grid.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen elektromagnetischen Auslöser mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The problem underlying the invention is achieved according to the invention by an electromagnetic trigger having the features of claim 1.

Erfindungsgemäß also besteht der bewegliche Magnetanker zumindest teilweise aus einem weichmagnetischen Ferrit.According to the invention, therefore, the movable armature is at least partially made of a soft magnetic ferrite.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe hat den Vorteil, dass ein aus einem weichmagnetischen Ferrit gebildeter Magnetanker geringere magnetische Verluste aufweist als ein aus einem weichmagnetischen Stahl gebildeter Anker. Der Anker kann daher schneller auf Änderungen des ihn umgebenden, von dem Stromfluss in der ihn umgebenden Spule induzierten Magnetfeldes reagieren, wodurch ein schnelleres Ansprechen im Kurzschlussfall und damit eine schnellere Kontaktöffnung im Kurzschlussfall resultiert.The achievement of the object according to the invention has the advantage that a magnet armature formed from a soft magnetic ferrite has lower magnetic losses than an armature formed from a soft magnetic steel. The armature can therefore respond faster to changes in the surrounding magnetic field induced by the current flow in the coil surrounding it, resulting in a faster response in the event of a short circuit and thus a faster contact opening in the event of a short circuit.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass ein Anker aus einem Ferrit eine höhere Permeabilität μr hat als Eisen. Es resultiert eine höhere magnetische Energie im Magnetkreis bei geringerer dazu erforderlicher elektrischer Erregung. Somit sind weniger Spulenwindungen der den Anker umgebenden Spule erforderlich, um dieselbe Energie aufzubringen, die ausreicht, um die Kontaktstelle mittels des von dem Anker angetriebenen Schlagstiftes zu öffnen. Weniger Spulenwindungen bedeuten auch weniger elektrische Verluste im Spulenkreis.Another advantage is that an anchor made of a ferrite has a higher permeability μ r than iron. This results in a higher magnetic energy in the magnetic circuit with less required electrical excitation. Thus, fewer coil turns of the coil surrounding the armature are required to apply the same energy sufficient to open the pad by means of the striker pin driven by the armature. Less coil turns also mean less electrical losses in the coil circuit.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass in einem Ferritmaterial wegen der bekanntermaßen geringeren elektrischen Leitfähigkeit von Ferrit weniger Wirbelströme entstehen und daher in einem erfindungsgemäßen Anker weniger Verluste durch Oberwellen im Stromnetz auftreten.Another advantage is that due to the known lower electrical conductivity of ferrite less eddy currents are produced in a ferrite material and therefore less losses occur in an armature according to the invention by harmonics in the power grid.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der bewegliche Magnetanker einen Kunststoffhohlkörper, der mit dem weichmagnetischen Ferrit gefüllt ist. Das Ferrit kann beispielsweise in den Kunststoffhohlkörper hineingepresst sein. Damit ist eine einfache Möglichkeit gegeben, einen erfindungsgemäßen Anker herzustellen. Der Kunststoffhohlkörper wirkt gewissermaßen als Kunststoffummantelung für den ferritischen Kern des Ankers.According to an advantageous embodiment of the invention, the movable armature comprises a plastic hollow body which is filled with the soft magnetic ferrite. The ferrite may for example be pressed into the hollow plastic body. This provides an easy way to produce an anchor according to the invention. The plastic hollow body acts as a kind of plastic coating for the ferrite core of the anchor.

Weiterhin ist es möglich, die Kunststoffummantelung gleichzeitig in der Verlängerung als Schlagstift auszuführen. Man erhält dann ein integriertes Bauteil, umfassend den kunststoffummantelten Ferritkern des Ankers mit dem damit integrierten Schlagstift. Ein separater Schlagstift, der in einem gesonderten Montageschritt mit dem Kern des Ankers gekoppelt werden muss, ist dann nicht mehr vonnöten. Damit ist ein Vorteil im Montageprozess der Geräte gegeben und insbesondere eine mögliche Fehlerquelle beseitigt.Furthermore, it is possible to perform the plastic casing simultaneously in the extension as a striker. One then obtains an integrated component comprising the plastic-coated ferrite core of the armature with the integrated striking pin. A separate striker in one separate assembly step must be coupled with the core of the anchor, then no longer needed. This gives an advantage in the assembly process of the devices and in particular eliminates a possible source of error.

Eine weitere, sehr vorteilhafte Lösung der Aufgabe ist gegeben durch einen elektromagnetischen Auslöser mit den Merkmalen von Anspruch 4. Demgemäß besteht der bewegliche Magnetanker zumindest teilweise aus einem nanokristalline Partikel eines weichmagnetischen Materials umfassenden Werkstoff, wobei die nanokristallinen Partikel mit Kunststoff ummantelt sind. Ein Material aus nanokristallinen weichmagnetischen Partikeln hat eine höhere Permeabilität μr als Eisen. Durch die Ummantelung der Partikel mit Kunststoff wird das Auftreten von Wirbelströmen in dem weichmagnetischen Material vermieden, ohne die guten magnetischen Eigenschaften zu beeinträchtigen.A further, very advantageous solution of the problem is given by an electromagnetic release with the features of claim 4. Accordingly, the movable armature is at least partially made of a nanocrystalline particles of soft magnetic material comprising material, wherein the nanocrystalline particles are coated with plastic. A material made of nanocrystalline soft magnetic particles has a higher permeability μ r than iron. By sheathing the particles with plastic, the occurrence of eddy currents in the soft magnetic material is avoided without impairing the good magnetic properties.

Gemäß einer weiteren, sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der bewegliche Magnetanker einen Presskörper, der aus dem nanokristalline Partikel eines weichmagnetischen Materials umfassenden Werkstoff besteht, und einen mit dem Presskörper verbundenen Schlagstift.According to a further, very advantageous embodiment of the invention, the movable armature comprises a compact consisting of the nanocrystalline particles of a material comprising soft magnetic material and a striking pin connected to the compact.

Der erfindungsgemäße Einsatz eines kunstoffummantelten Ferritkerns oder auch eines nanokristallinen Werkstoffs kann also durch die besonderen magnetischen Materialeigenschaften eine Verringerung der erforderliche Windungszahl der Wicklung ermöglichen und damit den Innenwiderstand des Geräte reduzieren. Weiterhin werden Wirbelstromverluste vermieden. Auch kann das dynamische Verhalten im Kurzschlussfall vorteilhaft beeinflusst werden.The use according to the invention of a polymer-coated ferrite core or even of a nanocrystalline material can therefore allow a reduction in the required number of turns of the winding due to the special magnetic material properties and thus reduce the internal resistance of the device. Furthermore, eddy current losses are avoided. The dynamic behavior in the event of a short circuit can also be advantageously influenced.

Figurenbeschreibungfigure description

Figuren und Beschreibung dienen dem besseren Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.Figures and description serve to better understand the subject. Articles or parts of objects which are substantially the same or similar may be given the same reference numerals. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.

Dabei zeigt:Showing:

1 schematisch einen erfindungsgemäßen elektromagnetischen Auslöser, sowie 1 schematically an electromagnetic release according to the invention, as well

2 schematisch eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Ankers mit einem kunststoffummantelten Ferritkern und einem integrierten Schlagstift. 2 schematically a view of an anchor according to the invention with a plastic-coated ferrite core and an integrated striker.

In den Figuren sind gleiche, ähnliche sowie gleich- oder ähnlich wirkende Elemente mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.In the figures, the same, similar and the same or similar acting elements are designated by the same reference numerals.

Die 1 zeigt schematisch einen elektromagnetischen Auslöser 10, umfassend einen in einem Spulenrohr 16 befestigten Kern 12 und einen beweglichen Anker 14 mit einem Schlagstift 20. Der Anker 14 ist in dem Spulenrohr 16 verschieblich geführt. Nicht dargestellt ist die das Spulenrohr 16 umgebende Spule; ebenfalls nicht dargestellt ist eine Fesselfeder, die üblicherweise noch vorhanden ist, um eine fesselnde Rückhaltekraft auf den Anker auszuüben. Spule und Fesselfeder können in jeder aus dem Stand der Technik bekannten Art realisiert werden, weshalb hier nicht näher darauf eingegangen werden soll. Der Schlagstift 20 ist durch eine Öffnung in dem Kern geführt. Die Funktion des elektromagnetischen Auslösers entspricht der bekannten Funktion vergleichbarer elektromagnetischer Auslöser und soll daher nicht nochmals beschrieben werden.The 1 shows schematically an electromagnetic trigger 10 comprising one in a coil tube 16 attached core 12 and a movable anchor 14 with a striker 20 , The anchor 14 is in the coil tube 16 slidably guided. Not shown is the coil tube 16 surrounding coil; Also not shown is a shackle spring, which is usually still present to exert a captivating retention force on the anchor. Coil and shackle spring can be realized in any known from the prior art, which is why will not be discussed here in detail. The striker 20 is passed through an opening in the core. The function of the electromagnetic release corresponds to the known function of comparable electromagnetic release and should therefore not be described again.

2 zeigt schematisch einen Anker 14. Dieser umfasst einen topfförmigen Kunststoffhohlkörper 18, der mit einem weichmagnetischen Ferrit gefüllt ist. 2 schematically shows an anchor 14 , This comprises a cup-shaped plastic hollow body 18 which is filled with a soft magnetic ferrite.

Ferrite sind elektrisch schlecht oder nicht leitende ferrimagnetische keramische Werkstoffe aus Eisenoxid Hämatit (Fe2O3), seltener Magnetit (Fe3O4) und weiteren Metalloxiden. Ferrite leiten im nicht gesättigten Fall den magnetischen Fluss sehr gut und haben eine hohe magnetische Leitfähigkeit (Permeabilität). Diese Werkstoffe weisen somit im Regelfall einen kleinen magnetischen Widerstand auf. Weichmagnetische Ferrite werden durch Zusatz von Nickel, Zink oder Mangan-Verbindungen hergestellt und zeichnen sich durch eine geringe Koerzitivfeldstärke aus.Ferrites are electrically poor or non-conductive ferrimagnetic ceramic materials of iron oxide hematite (Fe 2 O 3 ), more rarely magnetite (Fe 3 O 4 ) and other metal oxides. Ferrites conduct the magnetic flux very well in the non-saturated case and have a high magnetic conductivity (permeability). As a rule, these materials therefore have a small magnetic resistance. Soft magnetic ferrites are made by the addition of nickel, zinc or manganese compounds and are characterized by a low coercivity.

An den topfförmigen Kunststoffhohlkörper ist ein Schlagstift 20 angeformt. Das Anformen des Schlagstifts 20 erfolgt bevorzugt beim Spritzgießen des Hohlkörpers 18, indem der Schlagstift 20 mit angespritzt wird. Hohlkörper 18 und Schlagstift 20 bilden eine Baueinheit.At the cup-shaped plastic hollow body is a striking pin 20 formed. The molding of the striker 20 takes place preferably during injection molding of the hollow body 18 by putting the striker 20 is injected with. hollow body 18 and pen 20 form a structural unit.

Der Hohlraum 22 des Hohlkörpers 18 ist mit dem hochpermeablen Material gefüllt. Das Füllen kann so geschehen, dass der Hohlraum 22 mit dem ferritischen Pulver gefüllt und trocken oder nass verpresst wird. Es kann auch in der aus dem Stand der Technik bekannten Art ein Sinterkörper aus dem ferritischen Pulver hergestellt werden, der dann anschließend in den Hohlraum eingepresst wird. Häufig werden Sinterkörper aus ferritischem Material in einem mehrstufigen Prozess hergestellt, der die Schritte Kalzinieren, Aufmahlen, Formen des Presslings, Trocknen, Sintern umfasst. Ein solcher Prozess kann auch zur Herstellung des Magnetankers angewandt werden.The cavity 22 of the hollow body 18 is filled with the highly permeable material. The filling can be done so that the cavity 22 filled with the ferritic powder and pressed dry or wet. It is also possible to produce a sintered body from the ferritic powder in the manner known from the prior art, which is then subsequently pressed into the cavity. Often, sintered bodies of ferritic material are produced in a multi-stage process comprising the steps of calcining, milling, molding of the compact, drying, sintering. Such a process can also be used to manufacture the magnet armature.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die nicht mit einer eigenen Abbildung dargestellt ist, sieht vor, dass der Anker als Formkörper aus einem nanokristallinen, ferritischen Materialpulver hergestellt ist. Die Pulverpartikel sind dabei mit Kunststoff ummantelt, um Wirbelströme zu vermeiden. Ein nanokristallines, weichmagnetisches ferritisches Materialpulver auf Eisenbasis, wie es erfindungsgemäß verwendet werden kann, wird von der Firma Vacuumschmelze GmbH & Co KG in D-63412 Hanau, Deutschland, unter dem Namen VITROPERM angeboten.Another embodiment of the invention, which is not shown with its own figure, provides that the anchor is produced as a shaped body from a nanocrystalline, ferritic material powder. The powder particles are coated with plastic to avoid eddy currents. A nanocrystalline, soft-magnetic iron-based ferritic material powder, as can be used according to the invention, is offered by Vacuumschmelze GmbH & Co KG in D-63412 Hanau, Germany, under the name VITROPERM.

Ein solches nanokristallines ferritisches Materialpulver kann auch als Füllung in den Hohlraum 22 des Hohlkörpers 18 eingefüllt und anschließend verpresst werden. Es kann auch ein Presskörper aus einem nanokristallinen ferritischen Materialpulver ohne einen umhüllenden Hohlkörper hergestellt werden, der dann noch mit einem Schlagstift verbunden wird.Such a nanocrystalline ferritic material powder can also be used as a filling in the cavity 22 of the hollow body 18 filled and then pressed. It is also possible to produce a compact from a nanocrystalline ferritic material powder without an enveloping hollow body, which is then connected to a striking pin.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
elektromagnetischer Auslöserelectromagnetic trigger
1212
feststehender Magnetkernfixed magnetic core
1414
beweglicher Magnetankermovable magnet armature
1616
Spulenrohrcoil tube
1818
KunststoffhohlkörperPlastic hollow body
2020
Schlagstiftstriker
2222
Hohlraumcavity

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102005044230 A1 [0002] DE 102005044230 A1 [0002]

Claims (5)

Elektromagnetischer Auslöser (10) für einen Leitungsschutzschalter, Fehlerstromschutzschalter oder Motorschutzschalter, mit einem feststehenden Magnetkern (12), einem beweglichen Magnetanker (14), die innerhalb eines Spulenrohres (16) angeordnet sind, und mit einer das Spulenrohr (16) umgebenden Spule, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Magnetanker (14) zumindest teilweise aus einem weichmagnetischen Ferrit besteht.Electromagnetic release ( 10 ) for a circuit breaker, residual current device or motor protection switch, with a fixed magnetic core ( 12 ), a movable magnet armature ( 14 ), which within a coil tube ( 16 ) are arranged, and with a the coil tube ( 16 ) surrounding coil, characterized in that the movable armature ( 14 ) consists at least partially of a soft magnetic ferrite. Elektromagnetischer Auslöser (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Magnetanker (14) einen Kunststoffhohlkörper (18) umfasst, der mit dem weichmagnetischen Ferrit gefüllt ist.Electromagnetic release ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the movable armature ( 14 ) a hollow plastic body ( 18 ) filled with the soft magnetic ferrite. Elektromagnetischer Auslöser (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Kunststoffhohlkörper (18) ein Schlagstift (20) angeformt ist.Electromagnetic release ( 10 ) according to claim 2, characterized in that on the plastic hollow body ( 18 ) a striker ( 20 ) is formed. Elektromagnetischer Auslöser (10) für einen Leitungsschutzschalter, Fehlerstromschutzschalter oder Motorschutzschalter, mit einem feststehenden Magnetkern (12), einem beweglichen Magnetanker (14), die innerhalb eines Spulenrohres (16) angeordnet sind, und mit einer das Spulenrohr (16) umgebenden Spule, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Magnetanker (14) zumindest teilweise aus einem nanokristalline Partikel eines weichmagnetischen Materials umfassenden Werkstoff besteht, wobei die nanokristallinen Partikel mit Kunststoff ummantelt sind.Electromagnetic release ( 10 ) for a circuit breaker, residual current device or motor protection switch, with a fixed magnetic core ( 12 ), a movable magnet armature ( 14 ), which within a coil tube ( 16 ) are arranged, and with a the coil tube ( 16 ) surrounding coil, characterized in that the movable armature ( 14 ) consists at least partially of a material comprising nanocrystalline particles of a soft magnetic material, wherein the nanocrystalline particles are coated with plastic. Elektromagnetischer Auslöser (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Magnetanker (14) einen Presskörper umfasst, der aus dem nanokristalline Partikel eines weichmagnetischen Materials umfassenden Werkstoff besteht, und einen mit dem Presskörper verbundenen Schlagstift.Electromagnetic release ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the movable armature ( 14 ) comprises a compact consisting of the nanocrystalline particle of a material comprising soft magnetic material, and a striking pin connected to the compact.
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