DE2951899A1

DE2951899A1 - Ausloeser fuer einen fehlerstromschutzschalter

Info

Publication number: DE2951899A1
Application number: DE19792951899
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Herbert 6901 Eppelheim Ebel
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1979-12-21
Filing date: 1979-12-21
Publication date: 1981-07-02
Also published as: EP0031474A2; DK530380A; ES8200509A1; ES497894A0; EP0031474A3; ZA8007362D

Description

BROWN,BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT Mannheim 20. Dez. 1979

Mp.-Nr. 667/79 ZFE/P4-Ft/Ht

"Auslöser für einen Fehlerstromschutzschalter"

Die Erfindung betrifft einen Auslöser für einen Fehlerstromschutzschalter, mit einem U-förmigen Magnetjoch, einem Permanentmagneten zur Vormagnetisierung des MagnetJoches, einem Anker, der von einer Feder in Richtung Öffnen beaufschlagt ist und im Ruhezustand unter Einwirkung des vom Permanentmagneten herrührenden Magnetfeldes an die Polflächen des Magnetjoches angezogen wird,und mit einer Spule auf einem Schenkel des U-förmigen MagnetJoches, deren Wicklung mit der

2g Sekundärwicklung eines im Fehlerstromschutzschalter angeordneten Summenstromwandlers verbunden ist.

Derartige Auslöser sind bekanntgeworden beispielsweise in der DE-OS 24 30 288 oder der DE-OS 25 05 867. Die Wicklung der 3Q Spule des Auslösers ist mit der Sekundärwicklung des im Fehlerstromschutzschalter untergebrachten Summenstromwandlers

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verbunden, und eine in der Sekundärwicklung auftretende Spannung bei einem Fehlerstrom erzeugt in dem Magnetjoch des Auslösers ein Magnetfeld, welches dem vom Permanentmagneten erzeugten Magnetfeld überlagert wird. Je nach Stromrichtung wird die den Anker anziehende Kraft verstärkt oder verringert. Nur dann, wenn die Anzugskraft verringert wird, kann der Druck der Feder den Magnetanker, der im allgemeinen als Klappanker ausgebildet ist, in die Stellung "offen" verbringen und eine Auslösung bewirken. Dies bedeutet, daß die oben erwähnten, bekannten Auslöser im wesentlichen auf Wechselfehlerstrom und auf in bestimmter Richtung fließende Gleichströme ansprechen können. Im Hinblick darauf, daß im Laufe der Zeit immer mehr Geräte auf den Markt kommen, bei denen Gleichstromanteile und damit auch Gleichfehlerströme auftreten, sind derartige Auslöser nachteilig.

Bei sogenannten Sperrmagnetauslösern treten diese Nachteile nicht auf, jedoch sind die Auslöser insoweit aufwendig, daß die Spulen durch Fenster der Jochbleche hindurchgewickelt

__, werden müssen, was nicht ohne weiteres erlaubt, hochohmige 20

Auslöser mit vielen Windungen dünnen Drahtes herzustellen, was häufig sehr vorteilhaft sein kann. Derartige Sperrmagnetauslöser sind beispielsweise aus der DE-PS 10 78 227 bekanntgeworden.

Ein anderer, auf beliebige Stromrichtung ansprechender Auslöser für Fehlerstromschutzschalter, der nicht als sogenannter Sperrmagnetauslöser ausgebildet ist, ist aus der DE-AS 21 63

bekanntgeworden. Dieser bekannte Magnetauslöser besteht __n aus drei Auslöseelementen, die in ansich üblicher Weise aufgebaut sind, wobei die Wicklungen der einzelnen Auslöser so zusammengeschaltet sind, daß eine Richtungsabhängigkeit vermieden wird.

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Die drei Auslöseelemente können in geeigneter Form zu einer Einheit zusammengefaßt werden; es ist ersichtlich, daß die Konstruktion recht aufwendig ist

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Auslöser der eingangs genannten Art zu schaffen, der im Vergleich zu den bekannten Auslösers erheblich vereinfacht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Permanentmagnet so angeordnet ist, daß der durch ihn erzeugte Magnetfluß bzw. die Magnetfeldrichtung in den beiden Jochschenkeln die gleiche Richtung hat und daß zusätzlich auf dem zweiten Schenkel eine weitere Spule angebracht ist, die so mit der Spule zusammengeschaltet ist, daß je nach Richtung des Fehlerstromes das Magnetfeld in einem Schenkel verstärkt und im anderen Schenkel zumindest teilweise aufgehoben ist.

Aufgrund der erfindungsgemäßen ■; Zuordnung des Permanentmagneten zu dem Magnetjoch und der geeigneten Zusammenschaltung der beiden Spulen bzw. Wicklungen, kann der Auslöser auf Wechselfehlerströme und auf Gleichfehlerströme jeder Art und jeder Richtung ansprechen. In jedem Falle wird der Magnetanker von der Feder abgedrückt, wobei er an der einen Polfläche angezogen bzw. die Anzugskraft an der einen Polfläche verstärkt und die Anzugskraft an der anderen Polfläche verringert>—' Dadurch kann der Anker um die eine Polfläche oder um die andere Polfläche verschwenkt werden. Es besteht die Möglichkeit, die Anordnung mit oder ohne Rückschlußeisen herzustellen. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß ein Rückschlußeisen unter bestimmten Voraussetzungen nicht notwendig ist, da das Streufeld ausreichend zur Rückleitung ist.

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In den Fall, in dem ein Rückschlußeisen zweckmäßig ist, kann dies in einer ersten Ausgestaltung gleichzeitig auch noch als Auflagerpunkt zur Bildung einer Dreipunktauflagerung für den Anker benutzt werden.
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Eine weitere Ausgestaltung mit Rückschlußeisen geht dahin, daß die Anordnung von Magnetjoch, Spule und Permanentmagnet von einem Rückschlußeisen umfaßt ist, welches mit der freien Polfläche des Permanentmagneten in Verbindung steht. 10

Dieses Rückschlußeisen kann nun die Magnetanordnung vollständig umfassen, derart, daß das Rückschlußeisen ein annähernd rechteckiges Gebilde ist, wobei die Möglichkeit besteht,daß das Rückschlußeisen geschlossen ist und daß zwischen dem Rückschlußeisen und dem Anker ein Luftspalt vorgesehen ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann dahin gehen,daß das Rückschlußeisen C-förmig und im Bereich der Polflächen offen ausgebildet ist, wobei die freien Enden des Rückschlußeisens hin zu den Außenflächen der Schenkel des Magnetjoches gerichtet sind, und daß die freien Schenkelenden des Rückschlußeisens unter einem spitzen Winkel zu der den Anker aufnehmenden Ebene verlaufen, und daß der Anker außerhalb des Rückschlußeisens die freien Schenkelenden desselben überdeckt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann dahingehen, daß der Anker annähernd U-förmig ausgebildet ist, wobei die Schenkel des Ankers an ihrer Außenseite vom ebenfalls U-förmig ausgebildeten Rückschlußeisen umfaßt und nach einwärts gekrümmt sind, wogegen die Schenkel des Rückschlußeisens in dem Bereich in dem sie die Schenkel des MagnetJoches umfassen, in komplementärer Weise abgebogen sind.

Es wird also ein symmetrisches Joch mit einem symmetrischen Anker verwendet, wobei der Dauermagnet senkrecht

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zum Joch steht und so angeordnet ist, daß sein Magnetfeld in Längsrichtung bzw. parallel zu den Schenkeln verläuft, wodurch die Magnetfeldrichtung in beiden Schenkeln des Joches gleiche Richtung hat. Der Rückschluß der Magnetflüsse in beiden Jochschenkeln erfolgt bei einer Lösung über Luft und bei weiteren Lösungen über Rückschlußeisen oder Rückschlußjoche.

Der besondere Vorteil dieser Anordnungen besteht darin, daß mit einfachen Mitteln und mit einfacher Konstruktion hochempfindliche Auslöser gebildet we'rden, die darüber hinaus auch einfach hergestellt werden können.

ψ t.'

Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere Vorteile derselben näher erläutert und beschrieben wer-15

den:

Es zeigt:

Figur 1 eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Auslösers, ohne Rückschlußeisen,

Figur 2 eine Frontansicht einer weiteren Ausgestaltung

eines erfindungsgemäßen Auslösers mit einer Abstützung zwecks Dreipunktlagerung des Ankers, 25

Figur 3 eine Seitenansicht gem. Pfeilrichtung X des Auslösers gem. Figur 2,

Figur 4 eine Aufsicht auf eine weitere Auführungsform eines erfindungsgemäßen Auslösers mit einem Eisenrückschluß, der eine Ankerabstüzung bildet, in der Darstellung bei weggelassenem Anker,

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Figur 5 eine Aufsicht auf den Auslöser gem. Fig. 4 in Pfeilrichtung Y, jedoch mit aufliegendem Anker,

Figur 6 eine Seitenansicht auf den Auslöser gem. Fig. 4 in Pfeilrichtung Z mit Anker,

Figur 7 bis 9 drei weitere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Magnetauslösern mit verschieden ausgeführten Rücklschlußeisen.

Der erfindungsgemäße Auslöser gem. Fig. 1 besitzt ein U-förmiges Magnetjoch 10 mit einem Jochsteg 12 und zwei Schenkeln 14 und 16, wobei um die Schenkel 14 und 16 je eine Wicklung 18 bzw. 20 herumgewickelt ist. An den freien Enden der Schenkel

^g 14 und 16, d. h. also auf den Polflächen 22 und 24, ist ein Anker 26 gelagert, welcher Anker mit einem Zapfen 28 verbunden ist, der in nicht weiter dargestellter Weise auf ein Schaltschloß einwirkt, welches ein bewegliches Kontaktstück zur Öffnung einer Leitung antreibt. Der Anker steht unter dem

2Q Druck einer Feder 30, die den Anker in Richtung "öffnen" beaufschlagt.

Quer zum Jochsteg ist ein Permanentmagnet 32 angeordnet, derart, daß die Nord-Süd-Richtung senkrecht zum Jochsteg und ^f. parallel zu den Schenkeln verläuft. Das durch den Dauermagneten 32 im Magnetjoch erzeugte Feld wirkt so, daß das Magnetfeld in den Schenkeln 14 und 16 in gleiche Richtung gegen den Anker bzw. die Ankerluftspalte gerichtet ist. Der Rückschluß erfolgt über Luft.

Die Wicklungen 18 und 20 sind, so auf die Schenkel aufgewickelt

und derart in Reihe geschaltet, daß jeweils in einer Stromrichtung nur ein Jochschenkel entmagnetisiert wird. Zwar wird im anderen Jochschenkel das Magnetfeld zugleich verstärkt; es gc genügt jedoch infolge der mittig am Anker angreifenden Kraft der Feder 30 die Auf hebungvaer Haltekraft an einer Seite, um den Anker zum Abreißen zu bringen.

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Ein Problem bei der Anordnung gem. der Figur 1 besteht darin, daß die beiden Polflächen 22 und 24 relativ klein

sind, so daß sich eine unsichere Lagerung des Ankers ergibt. In Weiterbildung der Erfindung werden daher Anordnungen mit Dreipunktauflage des Ankers geschaffen.

Eine derartige Anordnung ist in den Figuren 2 und 3 dargestellt. Man erkennt das Magnetjoch 10 und den Anker 26 sowie den Dauermagneten 32. Die weiteren Elemente der Ausführung nach Figur 1 sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Auf dem Jochsteg 12 des Magnetjoches 10 ist im Bereich des linken Randes (vgl. Figur 3) annähernd im mittleren Bereich zwischen den beiden Schenkeln ein Stützelement 34 befestigt, dessen freies Ende in einer Auflagefläche 36 endet,dlßin der Ebene liegt, in der auch die beiden Polflächen 22 und 24 liegen. Die Breite des freien Endes ist gegenüber der Gesamtbreite des Stützelementes 34 verringert, um eine günstige kleine Auflagefläche zu erhalten. Die Schenkelenden verjüngen sich hin zu den Polflächen 22 bzw. 24 asymmetrisch, so daß' die beiden Polflächen zusammen mit der Auflagefläche 36 anden Ecken eines gleichschenkligen Dreieckes liegen, wie auch aus der Figur 4 zu ersehen ist. Das Stützelement 34 besteht aus einem nichtmagnetischen Material.

In der Figur 4 ist eine ähnliche Ausgestaltung dargestellt wie in den Figuren 2 und 3, wobei das Stützelement, das nunmehr die Bezugsziffer 38 besitzt, aus einem magnetischen Material hergestellt ist, das Magnetjoch aussen umfaßt, und zugleich ein magnetischer Rückschluß ist. Es ist annähernd C-förmig ausgebildet und umfaßt mit seinem einen, längeren Schenkel 39 den Dauermagneten 32. Die Dreiecksauflagefläche ist durch die schraffiert dargestellten Flächen 22, 24 und 36 gekennzeichnet, Der Kraftangriffspunkt 40 der Druckfeder 30 liegt mittig zwischen den beiden Polflächen 22 und 24 bei einem magnetisch leitenden Stützelement gem. Fig. 4 bis 6 aber möglichst weit von der Auflagefläche 36 entfernt.

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Die Figur 5 zeigt zur Verdeutlichung der Anordnung nach Figur 4 eine Ansicht in Pfeilrichtung Y.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, eines Auslösers - also mit einem Rückschlußeisen, ist in der Figur 7 dargestellt. Der Auslöser besteht wieder wie derjenige gem. Figur 1 aus dem Magnetjoch 10, den beiden Schenkeln 14 und 16, dem Joch steg 12 und den Spulen 18 und 20. Auf den Polflächen der Schenkel 18 und 20 ist der Magnetanker 26 aufgelagert, an dem

-Q der Stift 28 zur Betätigung des Schaltschlosses angeformt ist. Am Boden des MagnetJoches 10 ist der Dauermagnet 36 befestigt, wobei die Nord- Südrichtung des Dauermagneten senkrecht zur Bodenfläche des Jochsteges 12 ausgerichtet ist. An der freien Süd-Pol-Fläche des Dauermagneten 36 ist ein

_<K beispielsweise rechteckförmiges Rückschlußeisen 42 angebracht,

·

wobei mittels eines Justierbleches 44 ein Justier-Nebenschluß am Magneten erzielt wird. Beide Spulen 18 und 20 sind wieder in Reihe geschaltet. Das magnetische Feld im Inneren des Joches verläuft so, wie durch die strichlierten Linien 46 mit

„ Pfeil dargestellt, wobei das Magnetfeld im Bereich des Magnetankers 20

einen Luftspalt 46 zwischen der Oberfläche des Ankers 26 und der Innenfläche des Rückschlußeisens überbrückt.

Eine ähnliche Anordnung ist in der Figur 8 dargestellt. Das

Rückschlußeisen dabei ist C-förmig und nicht geschlossen, 25

sondern offen und besitzt die Bezugsziffer 50, wobei die Enden des C hin zu den Außenflächen der Schenkel 14 und gerichtet sind und mit der durch den Anker 26 gebildeten Ebene einen spitzen Winkel beschreiben. Das durch den -Q Permanentmagneten 32 im Magnetjoch erzeugte Magnetfeld geht über die Polflächen symmetrisch in den Anker hinein und über die Luftspalte 52 und 54 wieder zum Rückschlußeisen zurück.

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Wenn aufgrund eines Fehlerstromes in der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers eine Spannung induziert wird, so erzeugt der hieraus resultierende Strom in den Wicklungen 18 und 20 ein Magnetfeld, welches dem durch die Vormagnetisierung durch den Permanentmagneten erzeugten Magnetfeld in dem einen Schenkel (beispielsweise dem linken Schenkel) entgegengesetzt gerichtet und mit dem im anderen Schenkel (im Schenkel 14) gleichsinnig gerichtet ist. Dadurch wird die Haltekraft in dem erstgenannten Schenkel so weit verringert, daß es unter Wirkung der Feder 30 zum Abreißen des Ankers kommt. Aufgrund der Feder wird der Magnetanker 26 um die Polfläche 22 in Uhrzei-gerrichtung (Pfeil U) verdreht, wobei gleichzeitig eine Zusatzkraft durch das Magnetfeld im Bereich des Luftspaltes 52 auftritt. Dadurch wird eine deutliche Vergrößerung

1j; und Beschleunigung der Auslösebewegung des Ankers 26 erzielt.

In der Figur 9 ist eine Ausführungsform dargestellt, die der gem. Figur 8 ähnlich ist, wobei allerdings der Magnetanker und das Rü'ckschlußeisen eine geänderte Form besitzen. Der Magnetanker 60 ist annähernd C-förmig ausgebildet, wobei die freien Enden 62 und 64 hin zu dem Magnetjoch 10 abgebogen sind. Das Rückschlußeisen 66 ist U-förmig ausgebildet, wobei die freien Schenkelenden 68 und 70 glockenförmig nach aussen abgebogen sind. Die nach innen gerichteten Schenkelenden des Ankers 60 sind nach innen gekrümmt, und die Enden 68 und 70 besitzen eine die Schenkelenden 62 und 64 umfassende komplementäre Krümmung. Hierdurch wird im Gegensatz zu der Anordnung nach der Figur 8 ein relativ kleiner Luftspalt für die Rückleitung zwischen den Schenkelenden 62 und 68 bzw. 64 und 70 erzielt, wodurch die Empfindlichkeit weiter erhöht wird.

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, Λ3

Leerseit

Claims

Mp.-Nr. 667/79 20. Dez. 1979

ZFE/P4-Ft/Ht

Ansprüche

( 1. lAuslöser für einen Fehlerstromschutzschalter, mit einem U-fötirfigen Magnet joch, einem Permanentmagneten zur Vormagnetisierung des Magnetjoches, einem Anker, der im Ruhezustand unter Einwirkung des vom Permanentmagneten herrührenden Magnetfeldes an die Polflächen des Magnetjoches angezogen und gegen die Wirkung einer Feder festgehalten wird,sowie mit mindestens einer

■ Spule auf einem Schenkel des U-förmigen Magnetjoches, deren ZO

Wicklung mit der Sekundärwicklung eines im Fehlerstromschutzschalter angeordneten Summenstromwandlers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (32) so angeordnet ist, daß der durch ihn erzeugte Magnetfluß bzw. die Magnetfeldrichtung

__ in den beiden Jochschenkeln (14, 16) die gleiche Richtung zum 25

Anker hin hat und daß zusätzlich auf dem zweiten Schenkel eine weitere Spule angebracht ist, die so mit der Spule zusammengeschaltet ist, daß je nach Richtung des Fehlerstromes das Magnetfeld in einem Schenkel verstärkt und im anderen Schenkel zumindest teilweise aufgehoben ist.
2. Auslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet auf der Außenseite eines Mittel-Jöchsteges so angeordnet ist, daß seine Nord-Süd-Richtung guer zum Jochsteg bzw. parallel zu den Schenkeln verläuft.

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OWGiNAL P
3. Auslöser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel am freien Ende eine gegenüber der im Bereich des Jochsteges verringerte Breite aufweisen.
4. Auslöser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen exzentrisch auf einer Seite der Mittelebene angeordnet sind und daß zur Bildung eines weiteren Auflagepunktes für den Magnetanker auf der anderen Seite der Ebene ein Stützelement vorgesehen ist, so Ί0 daß der Anker auf den Polflächen und dem Stützelement in einer Dreipunktauflage aufgelagert ist.
5. Auslöser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das StützelÜment mittels einer Lasche aus unmagnetischem Material gebildet ist, die mit dem Jochsteg verbunden ist, in gleicher Richtung wie die beiden Schenkel verläuft und ggf. auch den Permanentmagneten zu dessen Halterung mit umfaßt.
6. Auslöser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement aus einer Lasche aus magnetischem Material gebildet ist, die als magnetisches Rückschlußjoch dient und dabei mit dem freien dem Joch abgewandten Pol des Dauermagneten Magnetschluß hat.
7. Auslöser nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftangriffspunkt der Feder (30) zwischen den beiden Polflächen liegt.
8. Auslöser nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung von Magnetjoch, Spule und Permanentmagnet von einem Rückschlußeisen umfaßt ist, welches mit derfreien Polfläche des Permanentmagneten, in Verbindung steht.

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9. Auslöser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlußeisen geschlossen ist und daß zwischen dem Rückschlußeisen und dem Anker ein Luftspalt vorgesehen ist.
10. Auslöser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlußeisen geschlossen ist und daß zwischen dem Rückschlußeisen und dem Anker ein Luftspalt vorgesehen ist.

10. Auslöser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß das Rückschlußeisen C-förmig .und im Bereich der Polflächen offen ausgebildet ist, wobei die freien Enden des Rückschlußeisens hin zu den Außenflächen der Schenkel des Magnetjoches gerichtet sind, und daß die freien Schenkelenden des Rückschlußeisens unter einem spitzen Winkel zu der den Anker aufnehmenden Ebene verlaufen, und daß der Anker außerhalb des Rückschlußeisens die freien Schenkelenden desselben überdeckt.
11. Auslöser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker annähernd U-förmig ausgebildet ist, wobei die Schenkel des Ankers an ihrer Außenseite vom ebenfalls U-förmig ausgebildeten Rückschlußeisen umfaßt und nach einwärts gekrümmt sind, wogegen die Schenkel des Rückschlußeisens in dem Bereich, in dem sie die Schenkel des MagnetJoches umfassen, in komplementärer Weise abgebogen sind.
12. Auslöser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schenkel des Ankers in entgegengesetzte Richtung weisen wie die Schenkel des Rückschlußeisens und die des Magnetjoches.

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