DE3719946C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Auslöser mit den im
Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 7 angegebenen Merkmalen. Ein
solcher Auslöser ist aus der DE-27 55 645 B2 bekannt
geworden. Er enthält außer den im
Oberbegriff angegebenen Elementen noch einen Dauermagneten,
welcher dem Joch anliegt; der von diesem Dauermagnet aus
gehende magnetische Kraftfluß bewirkt, daß der Anker ent
gegen der Wirkung einer am Anker angreifenden Rückzugfeder
vom Joch angezogen wird. Außerdem ist eine das Joch
umgebende Auslösespule vorgesehen. Die Auslösespule hat
die Aufgabe, einen vom Fehlerstrom abhängigen, dem vom
Dauermagneten ausgehenden Kraftfluß entgegengerichteten
Kraftfluß zu erzeugen, so daß die Kraft, mit welcher der
Anker vom Joch angezogen wird, verkleinert wird und die
Rückzugfeder den Anker vom Joch abziehen kann.
Um eine hohe Empfindlichkeit des Auslösers zu erzielen,
soll der Luftspalt zwischen dem Anker und dem Joch mög
lichst klein sein. Außerdem soll die Ansprechempfindlich
keit des Auslösers über möglichst lange Zeit konstant
bleiben. Um das zu erreichen, ist es aus der DE-27 55 645 B2
bekannt, die Oberflächen der Polflächen des Ankers oder des
Joches mit einem korrosionsfesten und zähen Stoff mit guten
Gleiteigenschaften, nämlich mit einem Metall der ersten,
zweiten oder achten Nebengruppe des Periodischen Systems
der Elemente oder deren Legierungen mit einer Schichtstärke
von bis zu 1 µm zu versehen. Dabei ist insbesondere an
die Gruppe der Edelmetalle, vor allen Dingen an Gold ge
dacht, welche durch elektrolytische Abscheidung oder durch
Aufdampfen abgeschieden werden sollen. Durch die Beschich
tung soll ein Schmiereffekt erreicht werden, so daß sich
während der langen Lebensdauer kein Abrieb mehr bildet und
der Luftspalt insoweit konstant bleibt. Es ist in der
DE-27 55 645 B2 allerdings angegeben, daß die dünne Be
schichtung für einen Korrosionsschutz nicht ausreicht, da
sie nicht porenfrei ist. Um Korrosion zu vermeiden, die
den Luftspalt ebenfalls verändern könnte, ist deshalb vor
gesehen, sowohl als weichmagnetischen Werkstoff für den Anker und
für das Joch als auch für die Beschichtung korrosionsfeste
Werkstoffe zu verwenden. Dickere Beschichtungen aufzutragen,
die einen wirksamen Korrosionsschutz bieten könnten, ver
bietet sich, da sie die Empfindlichkeit des Auslösers her
absetzen würden.
Um diesen Nachteilen zu begegnen, ist in der DE-34 10 596 A1
vorgeschlagen worden, mindestens die Oberflächen der Pol
flächen vom Anker oder Joch eines solchen Auslösers für einen
Fehlerstromschutzschalter aus einer pulvermetallurgisch her
gestellten, weichmagnetischen Eisen-Nickel-Legierung herzu
stellen, weil man weiß, daß eine pulvermetallurgisch herge
stellte Eisen-Nickel-Legierung oxidationsfester ist als eine
schmelzmetallurgisch hergestellte Eisen-Nickel-Legierung.
Die Kosten für eine pulvermetallurgisch hergestellte Eisen-
Nickel-Legierung sind allerdings höher als für vergleichbare
schmelzmetallurgisch hergestellte Eisen-Nickel-Legierungen
und die erwünschte zeitliche Konstanz des Luftspaltes wird
dennoch nicht erreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektro
magnetischen Auslöser für Fehlerstromschutzschalter zu
schaffen, der mit vertretbarem Aufwand herstellbar ist
und dessen Luftspalt eine verbesserte zeitliche Konstanz
aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Auslöser mit den im
Patentanspruch 1 bzw. 7 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter
ansprüche.
Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß man dem
Problem der zeitlichen Konstanz des Luftspaltes mit einer
dünnen Hartstoffbeschichtung der Polflächen des Ankers und
des Joches beikommen kann. Selbst bei Schichtstärken von
weniger als 1 µm sind die Hartstoffschichten gegenüber den
beim Auslösevorgang und beim Wiedereinschalten des Fehler
stromschutzschalters auftretenden mechanischen Belastungen
so verschleißfest, insbesondere abriebfest, daß die zeit
liche Konstanz des Luftspaltes im Vergleich zu bekannten
Auslösern drastisch verlängert wird. Die optimale Schicht
dicke liegt zwischen 0,4 µm und 0,8 µm. Überraschenderweise
hat sich weiterhin gezeigt, daß sich bereits mit so dünnen
Hartstoffschichten eine wesentliche Verbesserung der
Korrosionsbeständigkeit des Joches und des Ankers er
reichen läßt. Die aufgedampften Hartstoffschichten können
nämlich schon bei geringeren Schichtstärken als die
in der DE-27 55 645 B2 beschriebenen elektrolytisch
aufgebrachten Schichten einen porenfreien Film bilden.
Vorzugsweise werden für die Hartstoffschicht Hartstoffe
des Titans, insbesondere Titannitrid gewählt. Gut geeig
net sind aber auch die Karbide und die Karbonitride des
Titans.
Zum Erzeugen einer solchen Hartstoffschicht eignen sich
die Verfahren der chemischen Dampfabscheidung (CVD-
Verfahren) und der physikalischen Dampfabscheidung
(PVD-Verfahren), insbesondere das Ionenplattieren. Das
Kathodenzerstäuben als häufig angewandtes PVD-Verfahren
findet bei Temperaturen unter 250°C statt und hat den
Vorteil, daß es keinen Einfluß auf die magnetischen
Eigenschaften der zu beschichtenden Grundmaterialien
des Ankers und des Joches hat.
CVD-Verfahren erfordern zwar u.U. das Arbeiten bei höherer
Temperatur, ermöglichen es jedoch, durch Variation der
Abscheideparameter (Temperatur, Druck, Beschichtungsdauer)
im CVD-Reaktor die Oberflächenstruktur, nämlich die Mikro
rauhigkeit gezielt zu beeinflussen. Damit ist auch eine
gezielte Beeinflussung des Luftspaltes und - damit zusammen
hängend - der Auslöseempfindlichkeit des Auslösers möglich,
wobei die eingestellte Empfindlichkeit infolge der harten
Oberfläche langzeitstabil bleibt. Erste Versuche haben ge
zeigt, daß sich die Langzeitstabilität der Auslöseschwelle
des Auslösers durch die erfindungsgemäße Hartstoffbe
schichtung im Vergleich zu bekannten Auslösern um einen
Faktor 5 bis 25 erhöhen läßt.
Um die Auslöseschwelle des Auslösers durch die Abscheide
bedingungen des CVD-Verfahrens gezielt beeinflussen zu
können, geht man am besten von einem Anker und von einem
Joch mit sehr glatter, polierter Oberfläche aus, welche
durch die nachfolgende Beschichtung mit Hartstoff eine
etwas stärkere, aber wohl definierte, durch die Abscheide
bedingungen festgelegte, langzeitstabile Rauhigkeit er
hält.
Die beigefügte Zeichnung zeigt schematisch einen elektro
magnetischen Auslöser, bestehend aus einem Anker 1, aus
einem Joch 2, einem Dauermagneten 3 zum Erzeugen des
Magnetflusses, durch dessen Wirkung der Anker 1 vom
Joch 2 angezogen wird und daran haftet, solange nicht
durch eine auf einem Schenkel des Joches 2 angeordnete
Auslösespule 4 ein entgegengesetzt gerichteter magnetischer
Kraftfluß erzeugt wird, dessen Größe von einem Fehlerstrom
abhängig ist. Tritt ein solcher Fehlerstrom auf, wird der
vom Dauermagneten 3 ausgehende magnetische Kraftfluß ge
schwächt und eine Rückzugfeder 5, welche am Anker 1
angreift, kann den Anker 1 vom Joch 2 abziehen und da
durch einen zu überwachenden Stromkreis unterbrechen.
Wenn in der Auslösespule 4 kein Strom fließt, stellt
der Dauermagnet 3 den Anker 1 zurück, indem er ihn gegen
das Joch 2 zieht. Um die Größe des Luftspaltes 6 zwischen
dem Joch 2 und dem Anker 1 über lange Zeit konstant zu
halten, tragen ihre dort liegenden Oberflächen eine
dünne Schicht aus einem Hartstoff. Beispiele dafür sind
nachstehend angegeben. Vorzugsweise wird eine Hartstoff
schicht auf die betreffenden Oberflächen sowohl des
Ankers 1 als auch des Joches 2 aufgetragen, nachdem diese
plan geschliffen und poliert worden sind.
Zur PVD-Beschichtung werden die sorgfältig gereinigten
Anker und Joche als zu beschichtende Substrate auf
Halterungen in einer evakuierbaren Beschichtungskammer
einer Vakuumbeschichtungsanlage deponiert. Die Kammer
wird evakuiert und nach Erreichen eines Unterdruckes
in der Größenordnung von 10-6 mbar wird zum Sputter
ätzen der Substrate Argon mit einem Druck von ca. 1×10-2 mbar
eingelassen. Unter Hochfrequenz wird bei etwa 1500 V
10 Minuten lang geätzt, wodurch die Oxidschichten auf
den Substraten abgelöst werden. Nach Schaltung eines
Titantargets als Kathode und Zugabe von etwa 5% Stick
stoff wird für ca. 10 Minuten bei einer Leistung von
etwa 10 W/cm2 eine 0,5 µm starke Titannitrid-Schicht
erzeugt. Während der Beschichtung findet keine Erwärmung
durch eine Substratheizung statt; erhöhte Substrat
temperaturen zwischen 150°C und 200°C sind haupt
sächlich durch den Ionenbeschuß beim Sputterätzen
bedingt. Durch die PVD-Beschichtung wird eine Ober
flächenschicht aufgetragen, bei der im wesentlichen
die Substratgeometrie bzw. Topographie abgebildet
wird, d.h. es finden nur relativ kleine Änderungen
der Mikrorauheiten statt. Die oben angegebenen
Beschichtungszeiten beziehen sich auf den Betrieb
mit feststehendem Substratträger, bei Durchlauf- oder
Batchanlagen mit Trommelhalterung verlängern sich die
Beschichtungszeiten entsprechend der gerade im Ein
griff befindlichen Fläche (im Verhältnis zur Gesamt
fläche der Substratträger).
Zur CVD-Beschichtung werden die sorgfältig gereinig
ten Anker und Joche als zu beschichtende Substrate
auf Halterungen einer evakuierbaren Beschichtungs
kammer deponiert. Die Kammer wird evakuiert und nach
Erreichen eines Grobvakuums von ca. 1 mbar Druck
wird in die Kammer Wasserstoff eingeleitet und die Kam
mer unter der Wasserstoffatmosphäre bei einem Druck
von ca. 200 mbar auf 860°C aufgeheizt. Dann wer
den Stickstoff und Titantetrachlorid (TiCl4) in die
Kammer eingeführt, wobei das Verhältnis von Wasser
stoff zu Stickstoff etwa 3,5:1 beträgt, und es
wird dabei ein Druck von 900 mbar in der
Kammer eingestellt. Unter diesem Druck und der
Temperatur von 860°C findet eine Abscheidung von
Titannitrid auf den Substraten statt. Nach 25 min
Beschichtungsdauer ist die Dicke der Titannitrid
schicht auf 0,5 µm angewachsen. Die Kammer wird nun
mit kaltem Argon gespult und abgekühlt und die beschichte
ten Teile werden entnommen. Ihre Mikrorauheit ist
gegenüber den unbeschichteten Teilen leicht erhöht.
Claims (14)
1. Elektromagnetischer Auslöser für einen Fehlerstrom
schutzschalter mit einem Anker und mit einem Joch,
welche beide aus einem weichmagnetischen Werkstoff be
stehen und bei geschlossenem Schalter mit ihren Polflächen
unter Bildung eines minimalen Luftspaltes aneinander an
liegen, wobei mindestens eine der Polflächen des Ankers
und/oder mindestens eine der gegenüberliegenden Ober
flächen des Joches eine dünne Schicht aus einem anderen
Werkstoff aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem Hart
stoff des Titans besteht und eine Härte von wenigstens 1000 HV
aufweist, wobei Schichtdicken kleiner als 1 µm ausgenommen sind.
2. Auslöser nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Titan-
Nitrid besteht.
3. Anwendung eines Aufdampfverfahrens zur Erzeugung
einer aus Hartstoffen bestehenden Schicht auf dem
Anker und/oder Joch eines Auslösers gemäß einem der vorstehenden
Ansprüche.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß als Aufdampfverfahren
ein PVD-Verfahren gewählt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß als Aufdampfverfahren
ein CVD-Verfahren gewählt wird.
6. Durch ein CVD-Verfahren hergestellter Auslöser
nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenrauhigkeit
der aus dem Hartstoff bestehenden Schicht größer
ist als die Rauhigkeit der bestehenden Oberflächen
des Ankers bzw. des Joches vor der Beschichtung mit
dem Hartstoff.
7. Elektromagnetischer Auslöser für einen Fehlerstromschutzschalter
mit einem mit einem Anker und mit einem Joch,
welche beide aus einem weichmagnetischen Werkstoff bestehen
und bei geschlossenem Schalter mit ihren Polflächen
unter Bildung eines minimalen Luftspaltes aneinander anliegen,
wobei mindestens eine der Polflächen des Ankers
und/oder mindestens eine der gegenüberliegenden Oberflächen
des Joches eine dünne Schicht aus einem anderen
Werkstoff aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem Hartstoff
besteht, weniger als 1 µm dick ist und eine Härte
von wenigstens 1000 HV aufweist.
8. Auslöser nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Hartstoffen
des Titans besteht.
9. Auslöser nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Titan-
Nitrid besteht.
10. Auslöser nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht zwischen
0,4 µm und 0,8 µm dick ist.
11. Anwendung eines Aufdampfverfahrens zur Erzeugung
einer aus Hartstoffen bestehenden Schicht auf dem
Anker und/oder Joch eines Auslösers gemäß einem der
Ansprüche 7 bis 10.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß als Aufdampfverfahren
ein PVD-Verfahren gewählt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß als Aufdampfverfahren
ein CVD-Verfahren gewählt wird.
14. Durch ein CVD-Verfahren hergestellter Auslöser
nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenrauhigkeit
der aus einem Hartstoff bestehenden Schicht größer
ist als die Rauhigkeit der bestehenden Oberflächen
des Ankers bzw. des Joches vor der Beschichtung mit
dem Hartstoff.
Priority Applications (4)
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DE19873719946 DE3719946A1 (de) | 1987-05-29 | 1987-06-15 | Elektromagnetischer ausloeser fuer einen fehlerstromschutzschalter |
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ES88108178T ES2031952T3 (es) | 1987-05-29 | 1988-05-21 | Disparador electromagnetico para un interruptor de proteccion de corriente de fallo. |
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Cited By (2)
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DE10210826A1 (de) * | 2002-03-12 | 2003-09-25 | Abb Patent Gmbh | Auslöseeinrichtung für einen Fehlerstromschutzschalter und Verfahren zu dessen Herstellung |
DE102012009665A1 (de) * | 2012-05-12 | 2013-11-14 | Doepke Schaltgeräte GmbH | Elektrisches Auslöserelais für einen Schalter, insbesondere für einen Schutzschalter zum Überwachen elektrischer Netze |
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FR2793947B1 (fr) * | 1999-05-20 | 2002-03-15 | Thermocompact Sa | Relais a haute sensibilite, et procede pour sa fabrication |
DE102004017779A1 (de) * | 2004-04-13 | 2005-11-10 | Siemens Ag | Auslöserelais |
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DE2755645B2 (de) * | 1977-12-14 | 1980-02-07 | Schutzapparate-Gesellschaft Paris + Co Mbh Kg, 5885 Schalksmuehle | Elektromagnetischer Auslöser, insbesondere Haltemagnetauslöser für Fehlerstromschutzschalter |
DE3410596A1 (de) * | 1984-03-22 | 1985-09-26 | Siemens Ag | Elektromagnetischer ausloeser fuer fehlerstromschutzschalter |
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- 1987-06-15 DE DE19873719946 patent/DE3719946A1/de active Granted
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- 1988-05-21 EP EP19880108178 patent/EP0293702B1/de not_active Expired - Lifetime
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- 1988-05-21 ES ES88108178T patent/ES2031952T3/es not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE3870707D1 (de) | 1992-06-11 |
ES2031952T3 (es) | 1993-01-01 |
EP0293702B1 (de) | 1992-05-06 |
DE3719946A1 (de) | 1988-12-22 |
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