DE3133620C2 - Sperrmagnetauslöser - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mittels einer Spule steuerbaren magnetischen Kreis mit einem Permanentmagneten (18) zur Erzeugung eines magnetischen Flusses in einem U-förmigen Joch (10), der aus zwei Schenkeln (12, 14) und einem Quersteg (16) gebildet ist und einem Magnetanker (34), der von dem magnetischen Kreis gegen die Kraft einer Feder (28) an das Joch eingezogen wird. Um die Empfindlichkeit des magnetischen Kreises unabhängig von der Richtung der ihn durchfließenden Ströme zu erhöhen, sind in dem einstückig ausgebildeten Joch (10) mindestens zwei Stege (50, 52) vorgesehen, wobei um wenigstens einen Steg je eine Spule (54, 56) derart gewickelt ist, daß sich in den Stegen entgegengesetzte Durchflutungen ergeben. Der magnetische Kreis kann vorteilhaft als Auslöser für Fehlerstromschutzschalter eingesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sperrmagnetauslöser gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist ein Sperrmagnetauslöser bekanntgeworden, (DE-PS 9 49 502) der zwei nebeneinander angeordnete Eisenkörper besitzt, die jeweils ein Fenster aufweisen, durch daß hindurch eine Spule gewickelt werden kann. Dadurch, daß der Querschnitt im Bereich der Fenster relativ gering ausgebildet ist, kommt es bei Stromfluß in der Spule stets zu einer Verminderung des Gesamtflusses, weil sich in jeweils einem Steg der Magnetfluß infolge Sättigung nur wenig erhöht, wogegen er sich in einem anderen Steg des gleichen Jochteiles stark vermindert oder sogar umkehren kann.

Ein ähnlicher Sperrmagnetauslöser ist auch aus der DE-PS 10 78 227 bekanntgeworden.

Die Probleme bei den bekannten Sperrmagnetauslösern bestehen darin, daß der Aufwand an Einzelteilen sehr groß ist weil jeder Sperrmagnetauslöser mindestens zwei Jochteile (Jochbleche) besitzt die durch weitere, nicht magnetische Teile auf Distanz gehalten und verbunden werden müssen.

Auslöser, die nicht als Sperrmagnetauslöser, sondern als sogenannte Gegenmagnetisifrungsauslöser bezeichnet werden und wirken, sind beispielsweise aus der FR-PS 13 37 305 oder der DE-OS 24 30 288 bekanntgeworden. Diese besitzen im allgemeinen ein U-förmiges Magnetjoch, dessen Schenkelenden von einem Magnetanker überdeckt sind, wobei an einem der Schenkel oder dem Quersteg ein Permanentmagnet und am anderen Schenkel die Spule angeordnet ist

Der Nachteil der bekannten Gegenmagnetisierungsauslöser besteht im wesentlichen darin, daß sie nur in einer Stromrichtung auslösen, deshalb also eine längere Ansprechzeit sowie ungleiche Empfindlichkeit in beiden Pulsstromrichtungen eines Primärstromes in einem Wandler, an den der Auslöser mit einer Sekundärwicklung angeschlossen ist haben.

Ein Sperrmagnetauslöser der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 21 16 473 bekanntgeworden. Dieser Auslöser ist aus zwei miteinander unter Bildung zweier Luftspalte verbundenen Jochteilen zusammengesetzt; der Permanentmagnet überdeckt dabei den einen Luftspalt wogegen der Anker den anderen Luftspalt übergreift Der Jochkörper des bekannten Auslösers ist aus zwei Teilen aufgebaut die miteinander mittels nicht näher dargestellter Mittel zu einem einheitlichen Jochkörper verbunden werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Sperrmagnetauslöser der eingangs genannten Art zu schaffen, der im Vergleich zu dem Sperrmagnetauslöser der DE-OS 21 16 473 einfacher aufgebaut und damit ieichter herstellbar ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1.

Erfindungsgemäß wird damit ein Sperrmagnet auslöser gebildet, der eine derart einfache Form hat wie sie bisher nur bei Gegenmagnetisierungsauslösern (wie aus der DE-PS 24 30 288 bekannt) für möglich gehalten wurde, der nämlich als Joch nur ein einstückiges Teil mit zwei Schenkeln enthält, das sämtliche Auflageflächen für den Anker besitzt

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
So wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des An-Spruches 2 in einem der Schenkel wenigstens ein Fenster vorgesehen, durch das zwei quer zu der Polfläche de* Schenkels verlaufende Fensterstege gebildet sind, um die herum je eine Spule gewickelt ist Eine derartige Ausgestaltung ist an sich aus der DE-OS 21 16 473 bekanntgeworden.

Eine weitere Ausgestaltung kann dahingehen, daß in einem der Schenkel zwei Fenster vorgesehen sind, die durch einen parallel zur Polfläche verlaufenden Fenstersteg getrennt sind, um den herum eine Spule gewickelt ist. Dieser Fenstersteg kann dabei gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruches 4 im Bereich der Verbindungsstelle zwischen Schenkel und Quersteg liegen, wenn das Joch U-förmig zwei Schenkel und einen diese miteinander verbindenden Quersteg besitzt.

Gemäß kennzeichnenden Teil des Anspruches 5 kann ein Schenkel geschlitzt sein; dadurch können auf die so entstandenen Stege jeweils eine Spule aufgebracht werden, was das Aufstecken vorgefertigter Spulen ermög-

licht und daher die Herstellung erheblich vereinfacht Diese Ausführung erlaubt außerdem die Verwendung von Spulen mit sehr vielen Windungen dünnen Drahtes, so daß Auslöser mit hohem Scheinwiderstand herstellbar sind. Dabei ist für die einwandfreie Funktion wesentlich, daß die Auslösung (das Abreißen des Ankers) durch Schwächung des Gesamtflusses erfolgt Demgemäß wird die Haltbarkeit auf den Anker an derjenigen Polstelle erzeugt, die den Gesamtfluß führt, während die beiden Stege, die einen unterschiedlichen Magnetfluß führen können, nur als Lagerstellen dienen. Verminderungen eines Teilflusses führen danach nicht zur Auslösung. Insofern sind auch bei dieser Ausführung der Erfindung die Vorzüge des Sperrmagnetprinzips verwirklicht Zur Realisierung -fieser Erfmdungs-Ausführung ist eine entsprechende Anordnung der Kraftkomponente (Feder) art. Anker erforderlich.

Gegenüber dem bekannten Stand der Technik bei dem jeweils bei Sperrmagnetauslösern nur einer der beiden Stege eines Jochteils von einer Spule umwickelt war, ist es vorteilhaft wenn jeder der von Tdlflüssen durchströmten Stege für sich eine Spule trägt welche mit ihrer Durchflutung jeweils zur Flußänderung in diesem Steg führt

In besonders vorteilhafter Weise kann der erfindungsgemäße Sperrmagnetauslöser für einen Fehlerstromschutzschalter verwendet werden, wobei geringe Fehlerströme abgeschaltet werden können, auf deren Polarität es nicht ankommt

Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigen

F i g. 1 bis 3 drei Ausführungsbeispiele der Erfindung, in schematischer Darstellung,

F i g. 4 eine Seitenansicht auf einen erfindungsgemäßen Magnetauslöser ähnlich dem der Fig. 1,

F i g. 5 eine Seitenansicht auf den Magnetauslöser in Pfeilrichtung A gemäß F i g. 4,

F i g. 6 eine Aufsicht auf den Magnetauslöser gemäß F i g. 4, in Pfeilrichtung B,

Fig.7 eine Aufsicht auf eine weitere Ausgestaltung des Magnetjoches ähnlich der Aufsicht A der F i g. 4 (mit DarsteUung der Verengung nach Anspruch 6),

F i g. 8 und 9 zwei senkrecht zueinander liegende Ansichten einer weiteren Ausgestaltung des Magnetjoches eines erfindungsgemäßen Auslösers, ähnlich dem der F i g. 4,

Fig. 10 eine Darstellung, aus der der Wickelsinn der Spulen ersichtlich ist,

Fig. 1! und 12 je eine Ansicht ähnlich denen der F i g. 4 und 5 auf eine Ausführungsform der Erfindung ähnlich der F i g. 3,

Fig. 13 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ähnlich der der Fig. 3, in einer Ansicht gemäß den F i g. 4 oder 11,

F i g. 14 bis 16 drei senkrecht zueinander liegende Ansichten einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, ähnlich der der F i g. 2, in einer Darstellung ähnlieh den F i g. 4 bis 6, wobei F i g. 15 ein Schnitt gemäß der Linie A-A aus Fig. 14 ist,

Fig. 17 bis 19 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ähnlich der gemäß F i g. 2, in Ansichten ähnlich den F i g. 4 bis 6.

Die Fig. I zeigt einen erfindungsgemäßen Sperrmagnetauslöser. Dieser besitzt ein Joch 1, das U-förmig mit zwei Schenkeln 5 und 9 ausgebildet ist. An dem einen Schenkel 9 und zwar an seiner Außenseite befindet sich ein Permanentmagnet 3; in den anderen Schenkel 5 ist ein Fenster 4 eingebracht, so daß zwei Stege la und Xb gebildet werden, um die herum je eine Spule 6a und 66 gewickelt ist Das Fenster ist nach oben hin mittels eines Quersteges 7 begrenzt an dem eine Polfläche 7a gebildet ist Die Polfläche 7a und die freie Endfläche des Schenkels 9 wird von einem Anker 8 überdeckt; der Anker 8 ist an der Endfläche des Schenkels 9 drehbar

ίο aufgelagert und er wird mittels einer Feder 2 in Uhrzeigerrichtung (Pfeilrichtung U) beaufschlagt

Die Anordnung gemäß F i g. 2 besitzt wieder ein Joch 1, der U-förmig ausgebildet ist mit zwei Schenkeln 9 und \ 5. Der Schenkel 5 besitzt ein Fenster, das aber zum Anker 8 hin offen ist Dadurch werden zwei Stege Xa und Xb gebildet um die die Wicklungen 6a und 6b der Spule herumgewickelt sind. Der Anker 8 dreht sich dabei um das freie Schenkelende des Steges la und zwar aufgrund der Kraft der Feder 2 in Pfeilrichtung UX entgegen dem Uhrzeigersinn. Zwar i^id die einzelnen Elemente der beiden Ausgestaltungen ^emäß F i g. 1 und 2 unterschiedlich; da aber die einzelnen Komponenten gleichwirkend sind, werden auch gleiche Bezugsziffern verwendet. Dies gilt auch für die Ausgestaltung nach Fi y.3. Man erkennt in Fig. 3, daß der Schenkel 5 zwei übereinanderliegende Fenster 4a und Ab aufweist, wodurch insgesamt vier Stege la, Xb, Xc und Xd sowie ein Fenstersteg Ie gebildet werden. Um diesen Fenstersteg Ie herum ist die Spule 6 herumgewickelt Im übrigen ist die Anordnung gemäß F i g. 3 ähnlich der gemäß Fig. 1.

Zur Wirkungsweise der drei Anordnungen ist folgendes auszuführen:
Durch den Permanentmagneten 3 wird ein Magnetfluß ■ erzeugt, der sich im linken Schenkel 5 aufteilt in die Magnetflüsse durch die Stege la und 16(Fi g. 2 bzw. la. Ic und Xb, Xd). Die Magnetflüsse in diesen Schenkeln sind gleichsinnig. Aufgrund der von den Spulen 6»· und 6b erzeugten Durchflutungen (F i g. 1 und 2) gelangt beispielsweise der Steg la in die Sättigung, wogegen der Magnetfluß im Steg Xb besonders stark reduziert wird, wobei sogar eine Umkehrung der Magnetflußrichtung eintreten kann. Demgemäß wird die Anzugskraft auf den Anker 8 verringert, so daß die Feder ?, den Anker in Pfeilrichtung Uoder U X aufklappen kann.

Bei der Ausführung gemäß Fig.3 wird durch den Permanentmagneten 3 in den Stegen la bis Xd jeweils ein gleichsinniger Magnetfluß erzeugt. Durch die Spule 6 werden zwei Steuerflüsse erzeugt, nämlich durch die Stege la und Xb gemäß Pfeilrichtung Fl und die Stege Ic und Xdgemäß Pfeilrichtung F2. Nimmt man an, da3 der von dem Permanentmagneten 3 erzeugte Hauptfluß in Jer Kichtung vom Nordpol zum Südpol verläuft, dann erhöht sich der Magnetfluß in den Stegen la und Xd, wogegen sich der Magnetfluß in den Stegen ib und Ic, erniedrigt Dadurch gelangen die Stege la und Xdin die Sättigung, so daß die Anzugskraft auf den Anker 8 verkleinert wird.
Während die Fig. 1, 2 und 3 den Magnetkreis bzw. Auslöser lediglieh sehematiseh darstellen, ist in den F i g. 4 und folgende jeweils eine detaillierte Ausführungsform dargestellt.

Der Elektromagnetauslöser gemäß der F i g. 4 besitzt ein U-förmiges Joch i0 mit zwei Schenkeln 12 und 14,

bf die miteinander mittels eines Quersteges 16 verbunden sind. An der Außenseite des Schenkels 14 ist ein Permanentmagnet 18 befestigt. Auf der Außenseite des Schenkels 14 ist ein Federhalter 20 befestigt, der abgekröpft

ist. Der Federhalter 20 besitzt einen parallel zum Quersteg 16 verlaufenden Fortsatz 22, in dem eine Ausnehmung 24 angeordnet ist, durch welche das eine hakenförmig ausgebildete Ende 26 einer Zugfeder (Feder 28) hindurchgreift. Die beiden Schenkel 12 und 14 enden in Polflächen 30 und 32, über die hinweg ein Anker 34 gelegt ist, der sich über den Schenkel 14 in einen Fortsatz 36 hinaus fortsetzt, in dem eine Ausnehmung 38 eingebracht ist, in die das hakenförmige andere Ende 40 de? Feder 28 eingehängt ist. Der Federhalter 20 ist in seinem oberen Bereich gabelförmig ausgebildet, wobei zwei Gabelenden 42 und 44 gebildet sind, zwischen die der Fortsatz 36 greift und geführt ist. Der Anker 34 besitzt eine hin zum anderen Schenkel vorspringende Verjüngung 46, die auf der Polfläche 30 des Schenkels 12 aufliegt.

Der Schenkel 12 besitzt ein Fenster 48, so daß zwei Stege 50 und 52 gebildet sind, um die herum je eine Spule 54 und 56 herumgewickelt ist. Die Stege 50 und 52 sind damit Engstellen, die den Engstellen bei la und \b der Fig.3 entsprechen. Eine weitere Verringerung des Querschnitts dieser Engstellen kann durch Nuten 62 und 64 bewirkt werden (siehe F i g. 7). Durch den Permanentmagneten 18 wird dem Joch 10 ein Magnetfluß erzeugt, der sich in die beiden Magnetflüsse durch die 2s Stege 50 und 52 aufteilt. Aufgrund der durch die Spulen erzeugten Durchflutungen wird z. B. der Magnetfluß im Steg 52 erhöht und im Steg 50 erniedrigt; die Wirkungsweise ist bei der F i g. 1 dargestellt worden.

In den Fig.8 und 9 ist eine weitere Ausgestaltung eines Joches dargestellt Das Joch, daß die Bezugsziffer 70 besitzt, ist im Prinzip U-förmig ausgebildet mit einem Quersteg 72 und einem Schenkel 74, auf dessen Außenfläche ähnlich wie auf dem Schenkel 14 des Auslösers gemäß Fig.4 ein Permanentmagnet angebracht ist (nicht dargestellt). Der andere Schenkel 76 ist bezogen auf die Ausrichtung des Schenkeis 74 schräg angeordnet, so daß er mit dem Schenkel 74 einen Winkel einschließt. Im übrigen ist die Form ähnlich wie bei dem Joch 10 gemäß der Fig.4. Damit wird ein größerer Raum für die Spulen geschaffen.

Die F i g. 10 zeigt eine Darstellung des Wicklungssinnes für die beiden Spulen 54 und 56. Der Spulendraht 80 wird zunächst in das Innere des zwischen den beiden Stegen 52 und 54 liegenden Fensters 48 eingeführt, um den Steg 52 in Pfeilrichtung P mehrmals herumgeschlungen und zwar hier entgegen dem Uhrzeigersinn. Sodann wird der Draht in das Fenster 48 eingefädelt und im Uhrzeigersinn gemäß Pfeilrichtung PX ebenfalls mehrmals um den Steg 54 herumgeschlungen. Die Anzahl der Windungen ist durch die gewünschte Empfindlichkeit bestimmt

In den Fig. 11 bis 13 sind weitere Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt. Der Auslöser besitzt ein U-förmiges Joch 90 mit zwei Schenkeln 92 und 94 und einen beide Schenkel miteinander verbindenden Quersteg 96; der Schenkel 94 entspricht dem Schenkel 14 in F i g. 4, und dementsprechend sind dort auch der Permanentmagent 18, die Feder 28, der Federhalter 20 und die Auflagerung des Ankers 34 angeordnet Der andere Schenkel 92 besitzt zwei durch einen parallel zur Polfläche .verlaufendenden Federsteg 98 voneinander getrennte Fenster 100 und 102, durch die eine Spule 104 den Steg 98 umgebend durchgefädelt ist

Anstatt den Fenstersteg im Bereich des Schenkels anzuordnen, derart, daß beide Fenster im Schenkel liegen, kann man auch den Fenstersteg 106 an der Verbindungsstelle zwischen dem Schenkel 92 und dem Quersteg 96 anordnen, dergestalt, daß ein Fenster 108 im Quersteg % und das andere Fenster 110 im Schenkel 92 liegen (F ig. 13).

Es sei nun Bezug genommen auf die Fig. 14 bis 16. Der Magnetauslöser besitzt ein U-förmiges Joch 120 mit einem Schenkel 122, an dessen Außenseite ein Permanentmagnet 123 angeordnet ist. Auf der dem Schenkel 122 gegenüberliegenden Seite besitzt das Joch 120 zwei Stege 124 und 126, so daß zwischen den beiden ein Raum 128 gebildet ist. Um die beiden Stege 124 und 126 ist jeweils eine Spule 130 und 132 angeordnet. Die beiden Stege 124 und 126 bilden mit ihren Polflächen Lagerstellen 134 und 136 für den Anker 138, der unter der Wirkung einer Feder 140, die an einem die beiden Stege 124 und 126 überragenden Fortsatz 142 angreift, steht. Durch den Permanentmagnet 123 wird in dem Joch 120 ein Magnetfluß erzeugt, der den Anker an der Polfläche 144 des Schenkels 122 entgegen der Wirkung der Feder 140 festhält. Wenn aufgrund eines Stromfiusses durch die Spulen 130 und 132 eine magnetische Durchflutung erzeugt wird, dann wird die Anzugskraft an der Polfläche 144 auf den Anker 138 kleiner als die Abzugskraft der Feder 140, so daß der Anker in Pfeilrichtung G um die Lagerstellen 134 und 136 an den Enden der beiden Stege 124 und 126 herumklappt

Es sei nun Bezug genommen auf die Fig. 17 bis 19. Der prinzipielle Aufbau der Anordnung ist der gleiche wie in den Fig. 14 bis 16 dargestellt; lediglich die geometrische Anordnung ist verändert.

Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Stege 124 und 126, die die beiden Spulen tragen, weit auseinandergezogen und das Joch 120 möglichst stark verkürzt, wobei der Anker entsprechend angepaßt wird. Damit lassen sich größere Spulen unterbringen, so daß die Empfindlichkeit des Auslösers größer werden kann.

Selbstverständlich kann das Joch auch die Form eines V aufweisen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Mittels einer Spule steuerbarer Sperrmagnetauslöser mit einem Permanentmagneten (3,18,123) zur Erzeugung eines magnetischen Flusses, der über die Schenkelteile eines Joches (1, 10, 90; 120) und einem Anker (8, 34, 138) geführt ist, wodurch der Anker gegen die Kraft einer Feder (2,28,140) an die Schenkelteile angezogen wird, wobei ein Schenkelteil in mindestens zwei Stege (la, \b; lc, id; 50,52; 124,126) aufgeteilt und um wenigstens einen Steg je eine Spule (6; 6a, 66; 54, 56; 104; 130, 132) derart gewickelt ist, daß sich bei deren Erregung in den Stegen entgegengesetzte Durchflutungen ergeben, so daß sich in jeder Stromrichtung durch magnetische Sättigung eines Steges eine Flußverminderung über den Anker einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (1,10,90,120) mit seinen Schenkelteilen aus einem Stück in U- oder V-Form hergestellt ist, an dem der Permanentmagnet (3,18, 123) angeordnet ist

2. Sperrmagnetauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der Schenkel wenigstens ein Fenster (4, 48) vorgesehen ist, wodurch zwei quer zu der Polfläche (30) cbs Schenkels verlaufende Stege (la, \b, 50, 52) gebildet sind, um die herum je eine Spule (6,54,56) gewickelt ist

3. Sperrmagnetauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß in einem der Schenkel zwei Fenster (4a, 4o, 100,102, 108,110) vorgesehen sind, die durch einen parallel zur Pc!1äche verlaufenden Fenstersteg (Ie, 98, <06) getrennt sind, um den herum eine Spule (6,104) gewickelt is

4. Sperrmagnetauslöser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fenster (108) im Quersteg (96) und das andere Fenster (110) in einem Schenkel (92) des U-förmigen Joches (90) angeordnet ist.

5. Sperrmagnetauslöser nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß ein Schenkel (122) geschlitzt ist, so daß zwei Stege (124, 126) gebildet sind, auf die jeweils eine Spule (130, 132) gewickelt ist. und daß die Enden der Stege als Lagerstellen (134, 136) für den Anker (138) dienen.

6. Sperrmagnetauslöser nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (50, 52) im Bereich innerhalb der Spule wenigstens eine Verengung (Nuten 62,64) besitzen.