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Haltemagnet für Selbstschalter, insbesondere Fehlerstromschutzschalter
Die Erfindung bezieht sich auf einen als Auslöser dienenden Haltemagneten für Selbstschalter,
insbesondere Fehlerstromschutzschalter, bestehend aus einem Dauermagneten mit zwei
Polschenkeln, einem mit den Polschenkeln zusammenwirkenden Anker, einem zum Ankerkreis
parallelliegenden, die Polschenkel überbrückenden magnetischen Nebenschluß und an
einem oder beiden Polschenkeln zwischen Anker und Nebenschlußbrücke angeordneten
Steuerspulen, bei deren Erregung der über den Anker fließende Haltefluß des Dauermagneten
geschwächt und der Anker zum Abfallen gebracht wird, bei ,Welchem Haltemagneten
der resultierende magnetische Widerstand des Nebenschlußkreises kleiner als der
resultierende magnetische Widerstand des Ankerkreises ist.
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Bekannte Anordnungen der oben angegebenen Art 'Revue Gdnerale de 1'Llectricitd,
Bd. 71, 1962, S. 471 bis 482), die den überwiegenden Teil des Dauer= magnetflüsses
über den Nebenschluß und nur einen geringen Teil über den Anker leiten, um hierdurch
die Ansprechempfindlichkeit des Magneten zu steigern, sind aufwendig in der Herstellung
und weisen ein relativ großes Bauvolumen auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ansprechempfindlichkeit
von Haltemagneten der beschriebenen Art weiter zu erhöhen und das Bau-@olumen im
Vergleich zu bekannten Haltemagneten gleicher Haltekraft und gleichen über den Anker
fließenden Dauermagnetflusses zu verkleinern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Flaltemagneten der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß zwischen zwei planparallelen die Polschenkel bildenden
Blechpaketen der Dauermagnetkörper und der Einsatzkörper für den Nebenschluß angeordnet
sind und daß die Blechpakete an ihren den freien mit Polflächen und Erregerspulen
versehenen Polschenkelenden abgewandten Enden mit Verbreiterungen zur Aufnahme .des
Dauermagnetkörpers und zwischen Dauermagnetkörper und den Erregerspulen mit Verbreiterungen
zur Aufnahme des Einsatzkörpers für den magnetischen Nebenschluß versehen sind.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verbreiterung der Blechpakete
zur Aufnahme des Einsatzkörpers für den magnetischen -Nebenschluß durch seitlich
überstehende Lappen gebildet ist.
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Äh Hand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel derErfindurig
beschrieben und dieWirkungs-'weise erläutert Es zeigt F i g. 1 die schematische
Darstellung aufgebauter Haltemagneten mit Gegenerregerwicklung in Seitenansicht,
zum Teil im Schnitt; F i g. 2 eine Vorderansicht des Haltemagneten nach F i g. 1,
bei dem das vordere Blechpaket entfernt wurde, F i g. 3 ein Ersatzschaltbild für
die interessierenden magnetischen Kreise des' Haltemagneten und F i g. 4 eine vereinfachte
Darstellung des Ersatzschaltbildes nach F i g. 3. i Zwischen zwei planparallelen
Blechpaketen 1 und 2 sind Dauermagnetkörper D und der Einsatzkörper N für den magnetischen
Nebenschluß angeordnet. Die beiden Blechpakete 1 und 2 sind an ihren freien Pol=
Schenkelenden 3 und 4 mit Polflächen 5 und 6 ver= sehen, an denen ein mit der Abreißfeder
7 federbelasteter AnkerA anliegt. Auf das freie Polschenkelende 4 ist die Erregerspule
W für die Gegenerregung aufgeschoben. Selbstverständlich könnte auch das andere
freie Polschenkelende 3 mit einer Erregerspule versehen sein. Die beiden Blechpakete
1 und 2 werden durch nicht dargestellte Spannschrauben gegeneinander bzw. gegen
die zwischen ihnen angeordneten Dauermagnet- und Einsatzkörper gepreßt und können
an einer ebenfalls nicht dargestellten Grundplatte, die auch zur Lagerung des Ankers
dienen kann, befestigt sein. Mit den Pfeilen 8 ist der vom Dauermagnetkörper D ausgehende
und über die die Polschenkel bildenden Blechpakete 1 und 2 und den Anker A geleitete
Dauerinagnetfluß dargestellt; und mit den Pfeilen 9 der über den Einsatzkörper N
fließende Dauermagnetfluß. Mit den' Pfeilen 10
schließlich ist der Fluß der
Erregerspule W für die Gegenerregung dargestellt, der' entgegengesetzt zu dem mit
den Pfeilen 8 dargestellten Dauermagnetfluß gerichtet ist.
Entsprechend
diesen magnetischen Verhältnissen ist in F i g. 3 ein Ersatzschaltbild für die magnetischen
Widerstände und die Erregerdurchflutungen 0D des Dauermagnetkörpers D und
OE der Erregerspule W dargestellt. Mit dem Index A ist der magnetische
Widerstand des Ankerzweiges bezeichnet, und zwar wird unter RA der magnetische Widerstand
des Ankers und unter RLA der magnetische Widerstand der beiden Luftstrecken des
Ankers verstanden. Entsprechendes gilt für die magnetischen Widerstände RN und RLN
in bezug auf den magnetischen Nebenschluß mit dem Einsatzkörper N. RD ist der magnetische
Widerstand des Dauermagnetkörpers D, und RP2 bzw. RPl sind die magnetischen Widerstände
der Polschenkelstrecken vor bzw. hinter dem magnetischen Nebenschluß mit dem Einsatzkörper
N.
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Die einzelnen magnetischen Widerstände sind in dem Ersatzschaltbild
der F i g. 4 so zusammengefaßt, daß nur noch der resultierende magnetische Widerstand
RA' des Ankerzweiges, RV'* des magnetischen Nebenschlusses und RD des Dauermagnetzweiges
ersichtlich ist. Mit OA, ON und OD sind die Flüsse im Anker-, Nebenschluß- und Dauermagnetzweig
bezeichnet.
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Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Haltemagnet ist nun so ausgebildet,
daß der resultierende magnetische Widerstand RN seines Nebenschlusses kleiner, vorzugsweise
wesentlich kleiner als der resultierende magnetische Widerstand RA' seines Ankerzweiges
ist. Hierdurch wird bewirkt, daß bei abgeschalteter Erregerspule W für die Gegenerregung
und an den Polflächen 5, 6 anliegendem Anker A der überwiegende Teil des Dauermagnetflusses
OD über Einsatzkörper N für den magnetischen Nebenschluß geleitet wird. Zweckmäßigerweise
erhält der Einsatzkörper N hierbei einen solchen Querschnitt bzw. einen solchen
magnetischen Widerstand, daß in keiner Lage seines Arbeitspunktes eine Sättigung
auftreten kann. Die Gefahr einer Sättigung des Einsatzkörpers N oder Teiles des
Nebenschlusses ist insbesondere bei jener Halbwelle der Gegenerregung gegeben, die
einen zum Dauermagnetfluß OD gleichgerichteten Fluß durch den Nebenschluß treibt.
Damit dieser Fluß nicht gezwungen ist, zum Teil seinen Weg über den Dauermagnetkörper
D zu nehmen, ist es also unbedingt notwendig, eine Sättigung des Nebenschlusses
zu verhindern. Zweckmäßigerweise werden auch die Blechpakete 1 und 2 so dimensioniert,
daß bei der für sie ungünstigsten Halbwelle der Gegenerregung keine Sättigung auftreten
kann.
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Eine besonders hohe Empfindlichkeit des Haltemagneten kann dann erzielt
werden, wenn der resultierende magnetische Widerstand RN des Nebenschlusses zum
resultierenden magnetischen Widerstand RA' des Ankerzweiges in ein solches Verhältnis
gebracht wird, daß etwa 80 bis 90 0!o des Dauermagnetflusses OD über den magnetischen
Nebenschluß geleitet wird. Eine weitere Steigerung des über den Nebenschluß geleiteten
Dauermagnetflusses OD ist nicht mehr sinnvoll, da in diesem Fall das Bauvolumen
des Haltemagneten bei gleicher Haltekraft und Ansprechempfindlichkeit stark zunehmen
würde.
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Aus den F i g. 1 und 2 ist ersichtlich, daß zur Erzielung der -angegebenen
Flußv erteilung die Blechpakete 1 und 2 an ihren dem Anker A abgewandten Enden mit
Verbreiterungen 11 zur Aufnahme des Dauermagnetkörpers D und zwischen dem Dauermagnetkörper
D und der Erregerspule W für die Gegenerregung mit Verbreiterungen
12 zur Aufnahme des Einsatzkörpers N für den magnetischen Nebenschluß versehen
sind. Die Verbreiterung 12 der Blechpakete ist durch seitlich überstehende Lappen
13 und 14 gebildet, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Blechpakete
1 und 2 zu einer U-Form ergänzen. Die Verbreiterungen 12 könnten auch so ausgebildet
sein, daß beiderseits und gegebenenfalls symmetrisch zu den Polschenkelenden 3,
4 seitliche Lappen vorgesehen sind, die das Blechpaket zu einer W-Form ergänzen.
Als Material für den Anker A, die Blechpakete 1, 2 und den Einsatzkörper N für den
Nebenschluß findet zweckmäßig ein Material hoher Permeabilität Verwendung, und für
den Dauermagnetkörper eine Legierung, die in der Lage ist, eine möglichst große
magnetische Feldstärke zu liefern, z. B. eine Al-Ni-Co-400-Legierung. Auch durch
andere geeignete permanentmagnetische Sinterlegierungen ist der Fachmann in der
Lage, die notwendigen Feldstärken des Dauermagneten bei einem erfindungsgemäß aufgebauten
Haltemagneten zu erzielen, ohne daß das Bauvolumen im Vergleich zu bekannten Haltemagneten
vergrößert werden muß. Die Empfindlichkeit des erfindungsgemäß aufgebauten Haltemagneten
ließ sich im Vergleich zu Haltemagneten, bei denen etwa 50 % des Dauermagnetflusses
fD über den Nebenschluß geleitet wird, um das Zwei- bis Dreifache steigern. Dabei
blieb der Haltefluß für den Anker bzw. die Haltekraft gleich, und das Bauvolumen
wurde nicht vergrößert, sondern sogar verkleinert.
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Die Erfindung läßt sich nicht nur auf die an Hand des Ausführungsbeispiels
dargestellten Haltemagneten mit Gegenerregung anwenden, sondern auch auf Sperrmagneten,
bei denen nicht eine Erregerspule für Gegenerregung auf einen oder beide Polschenkel
aufgeschoben ist, sondern bei denen in einem oder beiden Polschenkeln fensterartige
COffnungen vorgesehen sind, in die Sperrwicklungen eingelegt werden. Durch Erregung
der Sperrwicklungen wird bekanntlich bei einem Sperrmagneten in den durch die Fensteröffnungen
in den Polschenkeln gebildeten Engstellen eine Sättigung bewirkt, wodurch der Ankerfluß
des Dauermagneten in den Nebenschluß abgedrängt wird, so daß also auch hier das
erfindungsgemäße Prinzip Anwendung finden kann.