DE3531051A1 - Fehlerstromausloeser - Google Patents

Description

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

Sie betrifft insbesondere einen Fehlerstromauslöser nach dem Sperrmagnetprinzip. Ein derartiger Sperrmagnet ist ein spezieller Typ von Haltemagneten, bei denen die von dem Permanentmagneten erzeugte Anzugskraft auf den Anker dadurch geschwächt wird, daß bei Auftreten eines Fehler­ stromes das Magnetjoch in seinen Sättigungsbereich ge­ bracht wird, wodurch der magnetische Widerstand so hoch wird, daß die magnetische Übertragung der Magnetkraft des Permanentmagneten gesperrt wird. Im Joch, das im allgemeinen geschlossen sein muß, wird durch zunehmende Induktionssteigerung die Permerbilität aufgrund der Sät­ tigung soweit verkleinert bzw. der magnetische Wider­ stand vergrößert, daß der Anker infolge der Federkraft abfällt.

Derartige Sperrmagnetauslöser sind in relativ großer Anzahl bekanntgeworden, siehe AT-PS 3 37 812, 3 61 571 oder 12 82 182. Bei allen diesen Sperrmagnetauslösern besteht das Joch aus zwei nebeneinanderliegenden Joch­ blechen, die ein Fenster aufweisen, durch das hindurch die Spule gewickelt ist. Das Einbringen der Spule ist sehr schwierig, da die Spule mittels Durchschieben des Drahtes durch die Blechöffnungen gewickelt werden mußte. Dies ist aufwendig, kompliziert und bei dünnen Drähten auch störanfällig.

Die Aufbringung der Spule wird dadurch in gewissem Maße erleichtert, daß die Spulendrähte auf einen Spulenkörper aufgebracht werden können, leer in die Öffnung bzw. das Fenster eingesetzt wird, so daß nur noch der Spulenkör­ per verdreht werden muß. Dennoch ist der Fertigungsauf­ wand relativ groß, weil die Spule am Auslöser selbst zu wickeln ist.

Aufgabe der Erfindung ist, einen Fehlerstromauslöser nach dem Sperrmagnetprinzip zu schaffen, bei dem die Spule ohne Durchschieben des Drahtes außerhalb der Ble­ che gewickelt werden kann.

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

Auch bei diesem Auslöser wird in jeder der beiden Strom­ richtungen durch die Spule eine Schwächung der Summe der Magnetflüsse zum Anker hin bewirkt, so daß sich der er­ findungsgemäße Auslöser besonders als Auslöser für Puls­ strom-Gleichfehlerstrom eignet. Es wird nämlich in jeder Stromrichtung der Spule in einem Steg eine Schwächung des Magnetflusses und in einem anderen Steg des anderen Jochbleches eine durch Sättigung gebremste Verstärkung erfolgen. Wie auch bei den bekannten Sperrmagnetauslö­ sern wird durch Verminderung der Summe der Magnetflüsse die Haltekraft bis zum Abreißen des Ankers verringert.

Ein Magnetauslöser für Schutzschalter, bei dem das Joch aus zwei nebeneinanderliegenden Jochblechen gebildet ist und insgesamt eine U-Form aufweist, ist aus der DE-OS 15 13 564 bekanntgeworden. Auf die Schenkelenden sind zwei Spulen aufgeschoben, von denen die eine als Fehlerstrom­ spule und die andere als Federspannungsspule benutzt wird. Der Magnetanker liegt mit einem Ende an der einen Polfläche des einen Schenkels des ersten Bleches und mit seinem anderen Ende an der anderen gegenüberliegenden Polfläche des zweiten Jochbleches des zweiten Schenkels quasi kreuzförmig an. Dieser bekannte Auslöser ist ein sogenannter echter Haltemagnetauslöser, der nach dem "Differenzial-System" arbeitet (siehe DE-OS 15 13 564, Seite 3, 2.Abs.). Als Sperrmagnetauslöser kann dieser bekannte Auslöser nicht verwendet werden.

Anhand der Zeichnung in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, soll die Erfindung sowie wei­ tere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsge­ mäßen Sperrmagnetauslösers,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Sperrmagnetaus­ lösers mit aufgewickelter Spule und eingezeichne­ ten Magnetflußlinien,

Fig. 3 u. 4 zwei schematische Darstellungen eines elektroma­ gnetischen Ersatzbildes der Spulen gemäß der Fig. 1 und 2 und

Fig. 5 u. 6 je eine Seitenansicht und eine Aufsicht auf eine realisierte Aufsicht auf eine realisierte Ausgestaltung des Magnetauslösers.

Es sei jetzt bezug genommen auf die Fig. 1 und 2. In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Sperrmagnetauslö­ ser ohne Spule dargestellt. Dieser Sperrmagnetauslöser wird gebildet durch zwei U-förmige, nebeneinanderliegende Joche 10 und 11, die voneinander mittels einer Isolierzwischen­ schicht 12 getrennt sind. Die beiden Jochbleche 10 und 11 sind U-förmig ausgebildet mit zwei Schenkeln 13, 14 bzw. 15, 16 und je einem die beiden Schenkel miteinander verbindenden Steg 17 und 18. Die freien Schenkelenden der Schenkel 13, 14 bzw. 15, 16 bilden Polflächen, auf denen ein Klappanker 19 aufgebracht bzw. aufgelegt ist. Der Klappanker besitzt an seiner oberen Seite einen Fortsatz 20, in dem eine Bohrung 21 vorgesehen ist, in dem eine Ankerzugfeder 22 eingehängt ist. Das andere Ende der Ankerzugfeder 22 ist an einem ortsfesten Haken 23 eingehängt. An der Außenseite eines Schenkelpaares 14 und 16 ist ein Permanentmagnet 24 befestigt.

Von dem Permanentmagnet aus verlaufen Magnetflußlinien 25 durch den Steg 17, den Schenkel 13 hin zum Anker, der die Magnetflußlinien 25 in den Schenkel 15 des benachbarten Jochbleches 11 leitet. Von dort verlaufen die Magnetflußlinien 25 in den anderen Schenkel 16 des Jochble­ ches 11 und von dort in den Permanentmagneten 24, wobei zusätzlich ein Magnetfluß 26 von dem Schenkel 14 über den Anker 19 in den gegenüberliegenden Schenkel 16 verläuft.

Um die beiden Schenkel 13 und 15 gemeinsam umschließend ist eine Spule 27 herumgewickelt, durch die ein Strom I fließt. Dieser Strom bewirkt einen Magnetfluß gemäß den Magnetflußlinien 28 bzw. 29 in den beiden Jochblechen und über den Anker zurück zu den beiden Schenkeln 13 und 15. Der Magnetfluß 28 reduziert den Magnetfluß 25 im Jochblech 10, wogegen sich der Magnetfluß 29 sich zu dem Magnetfluß 25 im Jochblech 11 hinzuaddiert, so daß der Magnetfluß in dem Jochblech 11 zu einer Sättigung des Magnetjochbleches führt, wodurch der gesamte Magnetfluß im System soweit reduziert wird, daß die Klappankerfeder 22 den Anker 19 von den Polflächen abzieht.

Die Wirkungsweise der Anordnungen gemäß den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich aus den Fig. 3 und 4, in denen jeweils das Ersatzschaltbild des Systems gemäß Fig. 2 dargestellt ist.

Die einzelnen Komponenten des Ersatzschaltbildes gemäß Fig. 3 und 4 sind die folgenden:

• D = Permanentmagnet 24
  R _N  = Nebenfluß (Luftspalt bzw. magnetische Isolation 12 zwischen den Jochblechen)
  R _J  = Magnetwiderstände in den Jochblechen
  R _L  = Magnetwiderstände von Luftspalten
  R _A  = Magnetwiderstände am Anker
  S _P  = Spule

Parallel zu dem Dauermagnet D befindet sich der Luftspalt des Nebenflusses R _N . An dem Verbindungspunkt zwischen dem einen Bein von R _N schließen sich die als zwei voneinander getrennt gezeichnete Magnetwiderstände in den Jochblechen R _J an; in Reihe damit liegt die Spule S _P und der Luftspaltwiderstand R _L zwischen dem Schenkel 15 und dem Magnetanker sowie der Magnetwiderstand am Anker R _A im Bereich des einen Schenkels 15 des Joches 11. Parallel zu dem einen Magnetwiderstand R _J , der Spule, dem Luftspalt R _{L 2} und dem Magnetwiderstand am Anker liegt eine Reihenschaltung zwischen dem Magnetwiderstand R _AM , dem Magnetwiderstand am Anker R _A im Bereich des anderen Schenkels 16 sowie ein Luftspaltwiderstand R _{L 4}, der an der Polfläche zwischen dem Schenkel 16 und dem Magnetanker 19 auftritt. An dem Verbindungspunkt zwischen dem Magnetwiderstand R _A im Bereich des Schenkels 15 und am Magnetwiderstand R _AM schließt sich der Magnetwiderstand R _A des Magnetankers 19 in dem Bereich des Schenkels 13, daran in Reihe damit der Luftspaltwiderstand R _{L 1} zwischen dem Schenkelende des Schenkels 13 und dem Magnetanker, die Spulenwicklung S _P und der eine Teil des Magnetwiderstandes R _J des Jochbleches 10 an. In Reihe zu diesem (linken) Teilwiderstand R _J schließt sich der weitere Teilwiderstand R _J an, der an den gemeinsamen Verbindungspunkt des Nebenschlusses R _N mit dem Dauermagneten D anschließt. Zwischen den beiden Widerständen R _J des Jochbleches 16 schließt sich eine Reihenschaltung des Luftspaltes zwischen dem Schenkel 14 und dem Magnetanker 19 und dem entsprechenden Bereich des Magnetankers R _A an. Das andere Bein dieser Reihenschaltung ist zwischen R _AM und dem anderen Magnetwiderstand am Anker R _A angeschlossen.

Im stromlosen Zustand, also im Haltezustand und unter Annahme symmetrischer Magnetwiderstände erfolgt eine Dreiteilung des Gleichflusses über die drei Zweige und über die den Magnetwiderstand R _AM geht kein nennenswerter Magnetfluß. Hiernach gilt:

• Σ Φ _A = 2 Φ _A

Wenn in der Spule S _P ein Strom fließt, erhält man Durchflu­ tungen R₁, R₂ (siehe Fig. 4), wodurch der Magnetfluß über R _{L 1} stark vermindert, über R _{L 2} aber nur wenig erhöht wird, da im letzteren der Sättigungseffekt eintritt. Die Differenz wird über den Widerstand R _AM ausgeglichen; die Summe aller Magnetflüsse an der Ankerfläche jedoch wird kleiner, so daß es zur Haltekraftverringerung bzw. zum Abreißen des Ankers unter der Wirkung der Federkraft kommt.

Die Formel hierfür läutet:

• Δ Φ ₂ < Δ Φ ₁
• Σ Φ _A = Φ _A + Δ Φ ₂ + Φ _A - Δ Φ ₁ < 2 Φ _A

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Seitenansicht und eine Aufsicht einer konkreten Ausgestaltung eines Haltemagnet- bzw. Sperrmagnetauslösers.

Die Spule 27 ist auf einen Spulenkörper 30 aufgewickelt, der über den Schenkel 31 aufgesteckt ist, der aus den beiden Jochschenkeln 15 und 13 gebildet ist. Auf der gegenüberliegenden Seite ist der Permanentmagnet mittels eines hutprofilartigen Haltebleches 32 befestigt und die gesamte Anordnung ist in ein Kunststoffgehäuse 33 einge­ baut, aus dem nach oben heraus ein Betätigungsstößel 34 herausragt, der mit einem nicht näher dargestellten Schalt­ schloß in Verbindung steht. An den beiden Schmalseitenflä­ chen des Gehäuses 33 sind Flansche 35 und 36 angeformt, mit denen das Gehäuse 33 mit dem Magnetauslöser in ein Schaltgerät eingebaut werden kann.

Claims (3)

1. Fehlerstromauslöser nach dem Sperrmagnetprinzip, mit einem aus zwei Jochblechen (10, 11) gebildeten Joch mit mindestens einer Polfläche an jedem Jochblech ( 10, 11), mit einem Permanentmagneten (24), der beide Jochbleche (10, 11) überdeckt, mit einem Magnetanker (19), der aufgrund des vom Permanentmagneten (24) erzeugten Magnetflusses gegen die Kraft einer Feder (22) gegen die Jochbleche an die Polflächen der beiden Jochbleche gezogen ist, und mit einer Spule (27) die bei Auftreten eines sie durchfließenden Stromes (I) die von dem Permanentmagneten in den Jochblechen erzeugten Magnetflüsse so beeinflußt, daß die Anzugskraft auf den Anker verringert wird, so daß der Magnetanker von der Feder von den Polflächen abgerissen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Jochbleche (10, 11) U-förmig ausgebildet und nebeneinander ein U-förmiges Joch bildend angeordnet sind und daß die Spule (27) um einen Schenkel des U-förmigen Joches - zwei neben­ einanderliegende Schenkel der beiden Jochbleche umgebend - herumgewickelt ist.

2. Fehlerstromauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker die beiden Schenkelen­ den des U-förmigen Joches aus beiden Jochblechen überdeckt.

3. Fehlerstromauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet an der Außenfläche des spulenfreien Schenkels des U-Joches, beide Jochbleche überdeckend, angebracht ist.