DE19637077A1 - Permanentmagnet für den magnetischen Kreis eines vorzugsweise in einem Fehlerstromschutzschalter einsetzbaren Magnetauslösers - Google Patents

Description

TECHNISCHES GEBIET

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Permanentmagneten für den magnetischen Kreis eines vorzugsweise in einem Fehler­ stromschutzschalter (FI-Schalter) einsetzbaren Magnetauslösers Ein solcher Permanentmagnet speist magnetischen Fluß in ein von zwei magnetisch gegeneinander isolierten Blechen gebildetes Joch des magnetischen Kreises ein. Das Joch ist im allgemeinen U-för­ mig ausgebildet. Die Enden des U werden im geschlossenen Zustand des magnetischen Kreises von einem Klappanker überbrückt. Beim Auftreten einer Auslösegröße, etwa eines Fehlerstroms, wird in eine auf einen der beiden Schenkel des U gesteckte Auslösespule ein Signal eingespeist. Dieses Signal erzeugt in der Auslösespule einen magnetischen Fluß, welcher den von Permanentmagneten erzeugten magnetischen Dauerfluß am Ort des Ankers schwächt. Der von einer vorgespannten Feder belastete Anker wird bei der Schwächung des magnetischen Dauerflusses vom Joch abgehoben und um eine Lagerachse geschwenkt. Hierbei löst er einen Stößel zur mechanischen Betätigung eines Gerätes aus. Bei einem FI-Schalter wirkt dieser Stößel auf ein Schaltschloß, welcher das Öffnen einer Kontaktanordnung des FI-Schalters veranlaßt.

STAND DER TECHNIK

Die Erfindung nimmt auf einen Stand der Technik von Permanent­ magneten für den magnetischen Kreis eines Magnetauslösers Bezug, wie er etwa in EP-B1-0 228 345 veröffentlicht ist. In dieser Veröffentlichung beschriebene Permanentmagnete sind zylindrisch oder quaderförmig ausgebildet. Sie sind jeweils zwischen zwei je eine Einkopplungsstelle aufweisenden und durch ein magnetisch schlecht leitendes Diaphragma voneinander magnetisch isolierten Blechen eines Jochs angeordnet. Das Joch ist Bestandteil des magnetischen Kreises eines in einem FI-Schalter verwendeten Magnetauslösers. Das Positionieren dieser Magnete an den Einkopplungsstellen ist relativ aufwendig. Da hierbei zudem Luftspalte nicht mit Sicherheit auszuschließen sind, müssen die Magnete in der Fertigung im allgemeinen überdimensioniert werden.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Permanentmagneten der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher sich in einfacher Weise im Joch positionieren läßt und welcher zugleich eine besonders gute Einspeisung des magnetischen Flusses in das Joch des magnetischen Kreises ermöglicht.

Der Permanentmagnet nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß er wegen seiner gegeneinander geneigt angeordneten, ebenen Polflächen problemlos an die Einkopplungsstellen der beiden Joch­ bleche angepaßt werden kann. Die Einkopplungsstellen sind entsprechend dem Neigungswinkel der Polflächen gegeneinander abgewinkelt und gleichfalls eben auszubilden. Der Permanentmagnet positioniert sich dann nach seinem Einbau in das Joch selbst­ tätig, da er durch die Wirkung des im magnetischen Kreis geführ­ ten Dauerflusses mit seinen beiden gegeneinander geneigt angeordneten, ebenen Polflächen an die komplementär geneigten, ebenen Einkopplungsstellen des Jochs gepreßt wird. Nicht zu vermeidende Luftspalte zwischen den Polflächen des Magneten und den zugeordneten Auflageflächen der Einkopplungsstellen des Jochs werden so erheblich reduziert. Daher wird die Einkopplung des magnetischen Dauerflusses in das Joch wesentlich verbessert. Zugleich wird der unerwünschte magnetische Streufluß äußerst gering gehalten. Eine Fixierung des Permanentmagneten sowie aufwendige Justierarbeiten entfallen, da sich der Magnet selbsttätig in die richtigen Position bringt. Zudem ist nun die Vorzugsrichtung des Magneten leicht zu erkennen und kann der Magnet zudem isotrop oder anisotrop ausgeführt sein.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung eines Magnetauslösers für einen FI-Schalter mit einem Permanentmagneten nach der Erfindung, und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Magnetauslösers gemäß

Fig. 1 nach dem Entfernen eines Teils seines Gehäuses.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In beiden Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleich­ wirkende Teile. Der in Fig. 1 in Explosionsdarstellung gezeigte Magnetauslöser weist ein aus einem wannenförmigen Boden 1 und einem Deckel 2 bestehendes Isolierstoffgehäuse auf. Im Deckel 2 ist eine Öffnung 3 vorgesehen, welche der vertikalen Führung eines zylinderförmigen Stößels 4 dient. Der Stößel 4 weist ein verdicktes unteres Ende auf, welches auf einem quaderförmig ausgebildeten Anker 5 eines magnetischen Kreises aufsitzt. Das nach oben gerichtete Ende des Stößels 4 wirkt über ein nicht dargestelltes Schaltschloß auf eine Kontaktanordnung eines nicht dargestellten FI-Schalters.

Der magnetische Kreis weist ferner ein zwei Bleche 7, 8 enthal­ tendes, U-förmig ausgebildetes Joch 9 auf. Die beiden Jochbleche sind mit Hilfe eines aus nichtmagnetischem Material, beispiels­ weise einer Nickellegierung, bestehenden Bolzens 10 etwa durch Schweißen in einem Abstand von typischerweise 50 bis 100 µm zueinander fixiert. Durch zusätzliche magnetisch nichtleitende Schweiß-, Löt- oder Klebstellen kann die mechanische Stabilität des Jochs 9 erhöht werden. Der durch den Abstand gebildete Luftspalt übernimmt die Funktion eines sonst üblicherweise verwendeten, folienförmig ausgebildeten Diaphragmas.

Die beiden Jochbleche 7, 8 sind jeweils derart abgewinkelt, daß das Joch 9 im Bereich der Abwinkelung V-Profil aufweist. Zwischen den beiden eben ausgebildeten Schenkeln 7b, 8a des V-Profils ist ein obeliskförmig ausgebildeter Permanentmagnet 11 mit ebenen Polflächen 11a, 11b angeordnet. Die beiden Polfläche 11a, 11b liegen jeweils an je einem der beiden Schenkel 8a, 7b des Jochs 9 an. Der den Permanentmagneten 11 bildende Obelisk weist neben den beiden Polflächen 11a und 11b zwei an die beiden Polflächen anschließende, trapezförmige Seitenflächen sowie zwei parallel zueinander ausgerichtete, rechteckige Flächen auf, von denen eine kleinere die Deckfläche und eine größere die Grundfläche des Obelisken darstellt. Die beiden trapezförmigen Seitenflächen sind parallel zueinander und senkrecht zur Grund- und zur Deckfläche ausgerichtet. Die Polflächen 11a, 11b sind daher jeweils rechteckig oder quadratisch ausgebildet.

Mit dem Bezugszeichen 12 ist ein Zwischenboden aus Isolierstoff bezeichnet. Dieser Zwischenboden weist auf seiner Oberseite zwei zueinander parallel verlaufende Stege 13, 14 auf. Zwischen den beiden Stegen ist eine nicht bezeichnete Öffnung sowie eine ebenfalls nicht bezeichnete Materialaussparung vorgesehen, welcher der Durchführung der Endabschnitte des im Joch 9 enthaltenden U dienen. Auf einem vom Jochblech 7 gebildeten Schenkel 15 des U ist eine von einem elektrischen Signal erregbare Auslösespule 16 gesteckt. Diese Auslösespule wird mit Hilfe von zwei durch den Boden 1 geführten Stromanschlüssen 17 mit elektrischer Leistung versorgt, welche beim Auftreten eines Fehlerstroms in einem Summenstromwandler gebildet wird.

Mit dem Bezugszeichen 18 ist ein als Doppelfeder ausgeführtes Federelement bezeichnet. Dieses Federelement 18 enthält zwei zylindrische, spiegelsymmetrisch angeordnete Schraubenfedern 19, 20 mit typischerweise jeweils bis zu 10 Windungen. Jede Feder 19 bzw. 20 ist in einer Materialausnehmung 21 bzw. 22 gelagert, welche in den Steg 13 bzw. 14 eingeformt ist. Das Federelement 18 belastet den Anker 5 vor dem Auslösen des Magnetauslösers mit einer Vorspannkraft.

Der Anker 5 liegt vor dem Auslösen des Magnetauslösers auf den Enden des U auf. Der Anker 5 ist dann durch das Federelement 18 mit einer Vorspannkraft belastet. Der magnetische Kreis ist geschlossen und der magnetische Dauerfluß wird vom Permanent­ magneten 11 über das Jochblech mit seinem als Einkopplungsstelle wirkenden Schenkel 7b und seinem Schenkel 15, den Anker 5 und das Jochblech 8 mit seinem als Einkopplungsstelle wirkenden Schenkel 8a zurück zum Permanentmagneten geführt. Beim Auftreten eines Fehlerstroms schwächt das magnetische Feld eines in die Auslöse­ spule 16 eingespeisten Stromsignals das Feld des magnetischen Kreises im Bereich des Ankers 5. Der Anker 5 wird unter der Wirkung des Federelements 18 gekippt und führt - wie aus Fig. 2 ersichtlich ist - den Stößel nach oben, welcher sodann durch Aufschlagen auf das nicht dargestellte Schaltschloß ein Ausschalten des FI-Schutzschalters bewirkt.

Durch die obeliskförmige Ausbildung des Permanentmagneten 11 wird der magnetische Dauerfluß besonders gut und ohne wesentliche Streuverluste ins Joch 9 eingekoppelt. Dies ist eine Folge der beiden gegeneinander geneigt angeordneten Polflächen. Durch das Zusammenwirken der beiden Polflächen 11a und 11b und der beiden V-förmig abgewinkelten, ebenen Schenkel 8a und 7b des Jochs 9 positioniert sich der Permanentmagnet 11 selbsttätig und ohne zusätzliche Hilfsmittel in die richtigen Lage. Hierbei ist es von Vorteil, daß der Permanentmagnet als Obelisk ausgebildet ist und zwei trapezförmige Seitenflächen aufweist, da der Permanentmagnet dann problemlos ins V-Profil eingeführt werden kann.

Fertigungstechnisch noch einfacher läßt sich ein als Keil ausgeführter Permanentmagnet herstellen, doch ist dann dafür Sorge zu tragen, daß die Spitze des Keils zwischen den an den beiden Schenkein 7b und 8a ansetzenden Teilen der Jochbleche 7 und 8 ausreichend Platz hat.

Die beim Obelisk bzw. Keil an die beiden Polflächen 11a und 11b anschließenden trapez- bzw. dreieckförmigen Seitenflächen müssen nicht notwendigerweise eben, sondern können auch gebogen ausge­ bildet sein. Entsprechendes gilt auch für die Grundfläche des Obelisks bzw. des Keils. Der Permanentmagnet 11 muß daher nicht notwendigerweise als Obelisk oder Keil ausgeführt sein, sondern kann auch ein Prismatoid mit zwei gegeneinander gewinkelten, ebenen Polflächen 11a und 11b sein. Die trapezförmigen Seiten­ flächen des Obelisken bzw. die dreieckförmigen Seitenflächen des Keils können gleichschenkelig oder ungleichschenkelig ausgeführt und gegebenenfalls gegenüber der Grundfläche geneigt angeordnet sein. Aus fertigungstechnischen Gründen und aus Gründen einer guten Einspeisung des magnetischen Flusses in das Joch empfiehlt es sich jedoch, einen regelmäßig ausgebildeten Obelisken bzw. Keil mit senkrecht zur Grundfläche angeordneten trapez- bzw. dreieckförmigen Seitenflächen vorzusehen.

Der Winkel zwischen den beiden Polflächen 11 sollte nicht zu stumpf sein, da dann eine gute Positionierbarkeit nicht mehr gewährleistet ist. Andererseits darf der Winkel aber auch nicht zu spitz gewählt werden, da die Energiedichte des Magneten 11 dann zu gering ist und dementsprechend zu wenig Energie in den magnetischen Kreis eingespeist wird. Zu empfehlen ist ein Winkel zwischen 60° und 120°.

Die beiden Jochbleche 7, 8 müssen nicht notwendigerweise V-förmig abgewinkelt sein. Es reicht aus, wenn das eine Jochblech eben und das andere Jochblech gewinkelt ausgebildet ist. Wichtig ist nur, daß der so beim Zusammenfügen der beiden Jochbleche gebildete Winkel zwischen den beiden Blechen dem Neigungswinkel zwischen den beiden Polfläche des Permanentmagneten entspricht.

Bezugszeichenliste

1 Boden
2 Deckel
3 Öffnung
4 Stößel
5 Anker
7, 8 Jochbleche
9 Joch
10 Bolzen
11 Permanentmagnet
12 Zwischenboden
13, 14 Stege
15 Schenkel
16 Auslösespule
17 Stromanschlüsse
18 Federelement
19, 20 gewundene Biegefedern
21, 22 Materialausnehmungen

Claims (4)

1. Permanentmagnet (11) für den magnetischen Kreis eines vorzugsweise in einem Fehlerstromschutzschalter einsetzbaren Magnetauslösers mit zwei eben ausgebildeten Polflächen (11a, 11b) zum Einspeisen von magnetischem Fluß in ein zwei voneinander magnetisch isolierte Bleche (7, 8) enthaltendes Joch (9) des magnetischen Kreises, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (11) die Form eines Prismatoids aufweist mit zwei gegeneinander geneigt angeordneten und als Polflächen (11a, 11b) dienenden, ebenen Seiten.

2. Permanentmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prismatoid keilförmig ausgebildet ist.

3. Permanentmagnet nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Prismatoid obeliskförmig ausgebildet ist.

4. Permanentmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Polflächen (11a, 11b) um 60° bis 120° gegeneinander geneigt angeordnet sind.