DE4118177A1 - Permanentmagnetischer fehlerstromausloeser - Google Patents
Permanentmagnetischer fehlerstromausloeserInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen permanentmagnetischen Feh
lerstromauslöser nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein permanentmagnetischer Fehlerstromauslöser der ein
gangs genannten Art ist wesentlicher Teil eines Fehler
stromschutzschalters, der weiterhin einen Summenstrom
wandler mit einer durch Netzleiter gebildeten Primär
wicklung und einer Sekundärwicklung sowie ein Schalt
schloß aufweist; der Auslöser wird bei Auftreten eines
Differenz- oder Fehlerstromes in den Netzleitern durch
ein an der Sekundärwicklung entstehendes elektrisches
Signal betätigt, wodurch das mit dem Fehlerstromauslöser
gekuppelte Schaltwerk entklinkt wird und in den Netzlei
tern befindliche Kontaktstellen geöffnet werden.
Der Fehlerstromauslöser besitzt ein Magnetjoch, einen
damit zusammenwirkenden Magnetanker, einen Permanentma
gneten, der durch Erzeugung eines Magnetflusses den An
ker gegen die Kraft einer Abziehfeder an das Magnetjoch
anzieht, sowie eine Erregerspule, die ggf. unter Zwi
schenfügung weiterer Schaltungselemente mit der Sekun
därwicklung des Summenstromwandlers verbunden ist. Dabei
kann der Auslöser einen Magnetkreis mit Luftspalt aufwei
sen, dessen Magnetjoch als U-förmiges Magnetjoch ausge
bildet ist, dessen freie Schenkelenden von dem Anker
überdeckt sind, wobei der Anker an einem der Polflächen
drehbar gelagert ist. Der Permanentmagnet erzeugt einen
Magnetfluß, der durch das Joch und den Anker verläuft
und den Anker anzieht; bei Auftreten eines Fehlerstromes
und damit eines sekundärseitigen Signales wird der Per
manentmagnetfluß kompensiert, wodurch sich der Anker
löst, seinen Auslöseweg zurücklegt und das Schaltwerk
bzw. Schaltschloß des Schalters entklinkt. Darüberhinaus
werden als Fehlerstromauslöser sog. Sperrmagnetauslöser
mit geschlossenem Magnetkreis benutzt, bei denen der
Jochabschnitt im Bereich des Magnetankers in Sättigung
überführt wird, wodurch die Anziehungskraft soweit ver
ringert wird, daß die Feder den Anker vom Joch löst.
Da die vom Wandler übertragene Energie gering ist, kann
der Auslöser auch nur mit einer entsprechend geringen
Energie "vorgespannt" werden. Der Magnetkreis, bei dem
Permanentmagnetauslöser im besonderen die Luftspalte am
Anker, muß verlustarm ausgebildet sein, wobei die Luft
spalte klein sein müssen. Es läßt sich feststellen, daß
dann, wenn zwischen der Polfläche am Joch und der zuge
hörigen Ankerfläche Fremdmittel, z. B. Feuchtigkeit,
oder Korrosion vorhanden sind, ein Ankleben des Ankers
am Joch auftreten kann, so daß die Federkraft selbst bei
Reduktion des Permanentflusses gegen Null nicht aus
reicht, um den Anker zu lösen und damit die gewünschte
Auslösebewegung einzuleiten. Trotz anstehenden Fehler
stromes und erwünschter Auslöseoperation kann die feh
lerhafte Situation im Stromkreis bestehen bleiben.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fehlerstromauslöser
mit Permanentmagneten zu schaffen, bei dem ein Kleben
des Auslösers verhindert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.
Ein Fehlerstromschutzschalter oder -bauteil besitzt zur
Detektierung eines Fehlerstromes in einer Netzleitung
einen Summenstromwandler, dessen Primärwicklung durch
die Netzleiter gebildet ist. Der Summenstromwandler be
sitzt weiterhin eine Sekundärwicklung, an der bei Auf
treten eines Fehlerstromes im Netz ein Signal entsteht,
welches den Auslöser ansteuert.
Erfindungsgemäß also ist der Polfläche des Bauelementes
ein Aktuator zugeordnet, der unmittelbar auf das Anker
element wirkt, so daß im Falle des von der Sekundärwick
lung herkommenden elektrischen Signales das Ankerelement
vom Aktuator in Auslöserichtung beaufschlagt wird.
Als Aktuator wird vorzugsweise ein piezokeramischer Kör
per verwendet. Solche piezokeramischen Elemente sind an
sich bekannt, siehe Siemens Firmenschrift "VIBRIT", Be
stell-Nr. N-281/5035, und Philips Bauelemente "PIEZOIDE
(PXE)".
Zwar ist es bekannt, für die Bildung von Relais Piezoke
ramik zu verwenden, siehe beispielhaft DE-OS 33 00 717.
Bei diesen Ausführungen befindet sich am Ende eines Pie
zostreifens ein bewegliches Kontaktstück, welches mit
einem festen Kontaktstück zusammenwirkt. Der Piezostrei
fen ist als Biegeelement ausbildet, welches sich bei An
legen eines Steuerstromes ausbiegt und das bewegliche
Kontaktstück steuert. Ein Auslöser wird hierdurch nicht
gebildet. Speziell bei dem Relais nach der DE-OS 33 00 717
greift das Ende des Biegestreifens mit dem bewegli
chen Kontaktstück zwischen die Polschuhe eines Magnetsy
stems, wodurch Schnappeffekte erzielt werden.
Aus der US-PS 40 42 967 ist eine Fehlerstromschutzschal
tungsanordnung bekannt geworden, die einen Summenstrom
wandler aufweist, dessen Primärwicklung durch die Netz
leiter gebildet sind. Das an einer Sekundärwicklung an
stehende Signal wird einem Piezoelement zugeführt, wel
ches als Biegestreifen ausgebildet ist, wobei am freien
Ende des Biegestreifens ein bewegliches Kontaktstück an
gebracht ist. Dieses bewegliche Kontaktstück wirkt mit
einem Festkontaktstück zusammen, wodurch ein Strompfad
geschlossen wird, der ein Magnetsystem zur Betätigung
von Kontaktstücken ansteuert. Der Biegestreifen ist
ebenfalls nicht als Auslöser anzusehen und darüberhinaus
ist die Fehlerstromschutzschaltungsanordnung eine sol
che, die in jedem Falle vom Netz her mit Strom versorgt
werden muß. Sie kann nicht als netzspannungsunabhängige
Schaltungsanordnung benutzt werden.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung kann dahin
gehen, daß der Auslöser ein U-förmiges Magnetjoch auf
weist, dessen Polschenkel von dem Ankerelement überdeckt
sind, wobei sich das Ankerelement bei einem Auslösevor
gang um eine Drehachse an einem Jochschenkel dreht, und
daß der Aktuator der Polfläche des anderen Polschenkels
zugeordnet ist.
Bei einem solchen U-förmigen Magnetjoch, welches bei
Auslösern derzeit in vielen Ausfertigungen eingesetzt
ist, wird das piezokeramische Element direkt der Polflä
che des Jochschenkels zugeordnet, auf dem die entspre
chende Fläche am Anker im angezogenen Zustand aufliegt;
sobald ein Signal an der Sekundärwicklung ansteht, wird
das piezoelektrische Element verformt und dabei der An
ker von der Polfläche abgehoben.
In besonderer Ausgestaltung ist der Aktuator ein piezo
keramischer Elongator; es besteht natürlich auch die
Möglichkeit, den Aktuator als Bimorph-Piezoelement aus
zubilden, dessen eines Ende an einem der Polschenkel be
festigt und dessen anderes Ende frei beweglich ist, so
daß dieses den Anker von der benachbarten Polfläche
drücken kann. Dieses Bimorph-Piezoelement ist ein Biege
element, welches an einem Ende eingespannt und am ande
ren Ende frei beweglich ist. Es bestehen nun zwei Mög
lichkeiten; das Piezoelement kann an dem Polschenkel, an
dem sich die Drehachse des Ankers befindet, befestigt
sein, oder es kann gemäß kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruches 7 mit einem Ende an dem Polschenkel befestigt
sein, an dem die mit dem Anker zusammenwirkende Polflä
che angeordnet ist, wogegen das andere Ende, welches
ausbiegbar ist, sich im Bereich des anderen, die Dreh
achse Ankers halternden Polschenkel befindet. Insbeson
dere bei der letzten Ausführungsform ist die Aufbiege
kraft für den Anker wegen des auf den Anker ausgeübten
Drehmomentes sehr hoch, so daß ein Kleben in jedem Fall
verhindert ist.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist den kenn
zeichnenden Merkmalen des Anspruches 8 zu entnehmen.
Danach ist der Auslöser durch eine Art Hebelgestänge ge
bildet, welches eine Kniehebelanordnung ist, wobei das
als Elongator ausgebildete piezoelektrische Element auf
das Gelenk wirkt, so daß die Hebelanordnung über eine
Totpunktlage in eine stabile Lage gedrückt wird. Bei ei
ner solchen Anordnung besteht in vorteilhafter Weise die
Möglichkeit, einen der Hebel mit dem beweglichen Kon
taktstück oder mit den beweglichen Kontaktstücken direkt
zu verbinden. Die Kontaktdruckfeder kann dabei die Feder
sein, die das Gestänge einerseits in der ersten stabilen
Lage und andererseits in der zweiten stabilen Lage hält.
Bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Auslö
ser gleichzeitig das Schaltschloß.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann dahin
gehen, daß der Auslöser durch zwei relativ zueinander
bewegliche, vorzugsweise drehbare Teile gebildet ist,
von denen eines ortsfest ist. Ein erstes trägt den Per
manentmagneten und ein zweites Teil ist dem Aktuator zu
geordnet und wird in einer Ruhestellung von dem ersten
angezogen, in dem die beiden Teile aufeinander liegen.
Im Falle eines Signals von der Sekundärwicklung wird von
dem Aktuator das zweite Teil von dem ersten abgehoben,
also entfernt, so daß das bewegliche Teil von der Kraft
der Feder in eine Auslösestellung verbracht wird. Wenn
der Aktuator gemäß kennzeichnenden Merkmalen des Anspru
ches 10 ein als Ringschwinger ausgebildeter piezokerami
scher Körper ist, mit dessem freien Ende das bewegliche
Teil verbunden ist, dann sind die beiden Teile gegenein
ander verdrehbar, wodurch ein Schaltschloß betätigt wer
den kann, welches die Kontaktstücke in der Netzleitung
öffnet.
Wenn als piezokeramischer Körper ein Elongator verwendet
wird, können mit diesem relativ große Auslenkungen und
besonders hohe Kräfte erzeugt werden.
Bei allen piezokeramischen Körpern ist die Auslenkung
besonders günstig zu nutzen, wenn der piezokeramische
Körper in seiner Resonanzfrequenz betrieben wird.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß
der Auslöser kostengünstig hergestellt werden kann und
in jedem Fall sicher ist; eine Klebung eines ankerförmi
gen Teiles an einer Polfläche ist durch die physikali
schen Gegebenheiten einfach vermieden.
Ein weiterer Vorteil der Ausführungsformen der Ansprüche
2 bis 7 besteht darin, daß das Piezoelement an einem
herkömmlichen permanentmagnetischen Fehlerstromauslöser
angebracht werden kann, ohne daß der Fehlerstromauslöser
von einem Ruhestromauslöser in einen Arbeitsstromauslö
ser umzuwandeln ist. Dadurch ist die Möglichkeit gege
ben, ohne konstruktive Änderung die Funktionszuverläs
sigkeit eines konventionellen Fehlerstromschutzschalters
wesentlich zu verbessern. Es besteht die Möglichkeit,
die Erregerspule des Fehlstromauslösers beizubehalten
und darüberhinaus bei entsprechenden Piezomaterialien
die Spule auch wegzulassen. Piezoaktuatoren sind nämlich
in der Lage, bei relativ großem Hub (0,1 mm) sehr große
Kräfte (bis 2 MN/200 kP) zu erzeugen. Diese Eigenschaf
ten geben die Möglichkeit, einen sehr stark permanentma
gnetisch vorgespannten Magnetkreis aufzuschlagen, weswe
gen der Magnetkreis grober ausgelegt werden kann; die
Anforderungen an den Luftspalt können dabei reduziert
werden oder man kann auch die Haltekraft wesentlich er
höhen. Dadurch wird das System gegen Erschütterungen we
niger anfällig. Auf einen magnetischen Nebenschluß kann
dabei verzichtet werden, da der Permanentfluß erhöht
werden kann. Es ist darüberhinaus auch möglich, die
Rückholkraft zu erhöhen, so daß das Auslösesystem zur
Öffnung der Schaltwerksverklinkung wesentlich sicherer
ausgelegt werden kann. Damit die Materialstruktur im Be
reich des Arbeitsluftspaltes nicht angegriffen wird, ist
es zweckmäßig, die Oberfläche an dem Arbeitsluftspalt zu
vergüten.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen
der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu ent
nehmen.
Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung so
wie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesse
rungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben
werden.
Es zeigen:
Fig. 1 und 2 einen bekannten Fehlerstromauslöser in
auslösebereiter Stellung und in ausge
löster Stellung,
Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Fehlerstromaus
löser in Seitenansicht,
Fig. 4 den Auslöser gemäß Fig. 3 in Frontan
sicht,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Auslösers, in Seiten
ansicht,
Fig. 6 den Auslöser nach Fig. 5 in Frontan
sicht,
Fig. 7 bis 10 zwei weitere Ausführungsformen eines
erfindungsgemäßen Fehlerstromauslösers,
in Seiten- und Frontansicht,
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer
weiteren Ausführungsform eines Fehler
stromauslösers in auslösebereiter Stel
lung,
Fig. 12 den Auslöser gemäß Fig. 11 in ausgelö
ster Stellung, sowie
Fig. 13 und 14 zwei Ausgestaltungen einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung.
Der Auslöser gemäß den Fig. 1 und 2 ist ein üblicher
Auslöser, wie er derzeit in Fehlerstromschutzschaltern
eingesetzt ist. Der Auslöser besitzt ein U-förmiges Ma
gnetjoch 10 mit an einem Steg 11 angeformten Polschen
keln 12 und 13. An dem einen Polschenkel 13 ist über ei
ne Drehachse 14 ein Magnetanker 15 in Form eines Klapp
ankers angelenkt, der in Pfeilrichtung P um die Drehach
se 14 drehbar ist und dauernd unter der ebenfalls in
Pfeilrichtung P verlaufenden Kraft einer Feder 16 steht.
An der Außenseite des Steges 11 ist ein Permanentmagnet
17 angeordnet. Um den Polschenkel 12 ist eine Erreger
wicklung 18 herumgewickelt, deren Enden mit der Sekun
därwicklung 19 eines Summenstromwandlers 20 verbunden
ist.
Wenn aufgrund eines Fehlerstromes in der Sekundärwick
lung 19 ein Signal erzeugt wird, wird der in dem Magnet
joch 10 fließende magnetische Fluß ⌀, der von dem Perma
nentmagnet 17 erzeugt wird, durch den Fluß ⌀1 überla
gert, so daß der magnetische Gesamtfluß kleiner bzw. zu
Null wird, so daß die Feder 16 den Klappanker 15 in Öff
nungsrichtung P verschwenkt, wie aus der Fig. 2 er
sichtlich ist.
Die Polfläche 21, auf der das freie Ende des Ankers 15
aufliegt, kann unter Umständen mit Fremdmitteln ver
schmutzt sein, so daß trotz Anstehen des Signales in der
Erregerwicklung 18 der Anker kleben bleibt.
Um dies zu vermeiden, ist am Polschenkel 12 im Bereich
der Polfläche 21 ein piezoelektrisches Element 22 in
Form eines Elongators vorgesehen, welches von einer
zweiten Sekundärwicklung 23 über eine entsprechende und
geeignete elektrische Ansteuerschaltung 24 mit einem Si
gnal angesteuert wird, welches bei Auftreten eines Feh
lerstromes im Netz in der Sekundärwicklung 23 erzeugt
wird. Der Elongator 22 vergrößert seine Länge und drückt
so den Anker 15 von der Polfläche 21 ab, so daß zwischen
dem Anker 15 und der Polfläche des Polschenkels 12 eine
Reduzierung der Haltekraft entsteht, und die Feder 16
den Klappanker 15 von der Polfläche 21 abziehen kann.
Bei der Ausführung nach der Fig. 5 ist die Erregerwick
lung 18 weggelassen und an dem Polschenkel 12 befindet
sich ein piezokeramisches Element 25, welches durch eine
Ansteuerschaltung 26 mit einem sekundärseitigen Signal
angesteuert wird. Das piezokeramische Element ist so be
messen, daß es den Anker 15 so weit von der Polfläche 21
entlastet oder abhebt, daß die Federkraft die magneti
sche Kraft, die vom Permanentmagneten 17 herrührt, über
winden kann.
Die Ausführungsformen nach den Fig. 7 bis 10 zeigen
unterschiedliche Befestigungsmöglichkeiten eines piezo
keramischen Elementes 27 bzw. 28 an dem Polschenkel 12.
Bei der Ausführung nach Fig. 7 und 8 bzw. 9 und 10 wird
das piezokeramische Element oder der piezokeramische
Körper in Zylinder- oder Röhrenform ausgebildet und am
Jochschenkel 2 beispielsweise in einem negativen Schwal
benschwanz oder mit einem positiven Schwalbenschwanz
bündig mit der Polfläche 21 befestigt. Die Fig. 7 bis
10 zeigen die Halterung sehr schematisch. Im Prinzip
kommt es auf die Art der Befestigung nicht an. Wichtig
ist nur die Befestigung so, daß Erschütterungen nicht zu
einem Lösen führen können. Nach der Befestigung können
die Polfläche mit dem piezokeramischen Körper über
schliffen oder sonst wie gemeinsam bearbeitet werden, so
daß die Polfläche und das die Öffnung des Ankerelementes
bewirkende Ende exakt in einer Ebene liegen.
Diese Piezoaktuatoren sind in der Lage, bei relativ ho
hem Hub mit 0,1 mm sehr hohe Kräfte zu erzeugen, und
zwar bis 200 kP oder 2 MN. Diese Eigenschaften geben dem
Piezoelement die Möglichkeit, einen sehr stark perma
nentmagnetisch vorgespannten Magnetkreis aufzuschlagen,
weswegen der Magnetkreis bei den in den Fig. 3 bis 10
dargestellten Anordnungen grober ausgelegt werden kön
nen. Die Anforderungen an den Luftspalt zwischen dem An
ker und der Polfläche können reduziert und/oder die Hal
tekraft wesentlich erhöht werden, so daß auch das System
gegen Erschütterungen weniger anfällig wird. Auf einen
magnetischen Nebenschluß, wie er bei sog. Sperrmagnet
auslösern vorgesehen ist, kann verzichtet werden, da der
Permanentfluß erhöht werden kann. Es ist auch möglich,
wegen der Erhöhung der Magnetkraft die Rückholkraft zu
erhöhen, so daß das Auslösesystem zur Öffnung der
Schaltwerksverklinkung wesentlich sicherer wird. Aller
dings ist bei solchen Auslösesystemen mit hoher Halte
kraft, die durch einen Aktuator aufgeschlagen wird, die
Oberfläche am Arbeitsluftspalt zu vergüten, damit die
Materialstruktur bei kräftiger und häufiger Betätigung
nicht angegriffen wird.
Der geringe, aber doch relativ hohe Hub eines Piezoaktu
ators, aber dessen sehr hohe Kraft, ermöglicht eine Ge
räteverklinkung mit einem darin integrierten Auslöser,
der auf dem Prinzip eines magnetischen Kniegelenks ba
siert. In den Fig. 11 und 12 ist eine solche Anord
nung schematisch dargestellt.
Der Auslöser besitzt zwei mittels eines Gelenkes 30 mit
einander verbundene Hebel 31 und 32, an deren freien En
den Rollen 33 und 34 angeformt bzw. angelenkt sind. Die
se Rollen 33 und 34 sind in Rollenbahnen 35 und 36 im
Gehäuse des den Auslöser aufnehmenden Fehlerstromschutz
schalters geführt. Die Rollenbahn 35 besitzt einen An
schlag 37, wogegen die Rollenbahn 36 eine freie Beweg
lichkeit der Rolle 34 gestattet. An der Rolle 34 ange
bracht ist unter Zwischenfügung einer Druckfeder 38 ein
bewegliches Kontaktstück 39, welches mit einem Festkon
taktstück 40 zusammenwirkt. In dem Bereich, in dem sich
das Gelenk 30 befindet, ist ein Permanentmagnet 41 vor
gesehen, der auf einem piezokeramischen Körper 42 befe
stigt ist.
In der auslösebereiten Stellung wird das Gelenk 30 an
den Permanentmagnet angezogen, wodurch unter der Mitwir
kung der Druckfeder 38 eine erste stabile Lage der bei
den Hebel 31 und 32 gewährleistet ist. Wenn der Aktuator
42 durch ein sekundärseitiges Signal betätigt wird, dann
bewegt sich die freie Fläche des Aktuators 42 in Pfeil
richtung P1, so daß das Gelenk 30 über eine Totpunktlage
hinaus von der Feder 38 in eine zweite stabile Lage ver
bracht wird, wie aus der Fig. 12 ersichtlich ist. Die
beiden Hebel 31 und 32 sind aufeinanderzugewandert, weil
das Gelenk 30 durch eine weitere Führung 43 geführt ist;
wenn die Rolle 33 am Anschlag 37 festgehalten wird, dann
wird sich das Gelenk um einen Kreis um die Rolle 33 dre
hen, wobei gleichzeitig auch die Rolle 34 in Pfeilrich
tung H bewegt und der bewegliche Kontakt 39 vom festen
Kontakt 40 abgehoben wird.
Anstatt eines Elongators, wie er in den Fig. 3 bis 12
dargestellt ist, kann auch ein Biegestreifen vorgesehen
sein, siehe Fig. 13 und 14. Das Magnetjoch 10 besitzt
seine beiden Schenkel 12 und 13, die von dem Klappanker
15 überdeckt werden. Der Klappanker 15 ist um eine an
dem Polschenkel 13 angeordnete Drehachse 14 drehbar, wo
bei der Klappanker 15 einen Fortsatz 50 aufweist, die
den Polschenkel 13 überragt und an dem eine Feder 51 an
gelenkt ist, deren anderes Ende an der Außenfläche des
Polschenkels 13 angeschlossen ist. Diese Feder 51 ent
spricht in ihrer Wirkung der Feder 16.
An der Innenseite des Polschenkels 13 ist ein als Biege
streifen ausgebildeter Aktuator aus piezokeramischem Ma
terial befestigt bzw. eingespannt, dessen freies Ende 53
sich im Bereich des anderen Polschenkels 12 befindet. An
dem Anker 15 ist eine Warze 54 angebracht, gegen die das
freie Ende 53 des Streifens 52 bei Anlegen einer Auslö
sespannung anliegt und auf diese Weise beim Verbiegen
den Klappanker 15 von der Polfläche 21 des Polschenkels
12 entfernt.
Anstatt den Aktuator an dem Schenkel 13 zu befestigen,
kann er auch am Schenkel 12 befestigt werden; er drückt
im Bereich des Schenkels 13 gegen den Anker 15 und
schlägt auf diese Weise den Anker 15 auf, siehe Fig. 14.
Der Vorteil bei der Anordnung nach der Fig. 14 besteht
darin, daß die relativ geringen Wege, die der Streifen
54 mit seinem freien Ende zurücklegt, durch geeignete
Hebelanordnung zu einer deutlich vergrößerten Bewegung
des freien Endes des Ankers 15 führen. Die gleiche Aus
biegung der Biegestreifen 52 und 54 führt wegen der un
terschiedlichen Entfernung der Angriffspunkte der freien
Enden der beiden Biegestreifen 52 und 54 am Anker von
der Drehachse zu einer deutlich vergrößerten Winkelbewe
gung des Klappankers bei der Ausführung nach Fig. 14.
Claims (13)
1. Permanentmagnetischer Fehlerstromauslöser für
einen Fehlerstromschutzschalter oder -baustein, mit ei
nem einen Permanentmagneten enthaltenden Bauelement mit
wenigstens einer Polfläche, gegen die ein Ankerelement
entgegen der Kraft einer Feder durch den Permanentfluß
angezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Polflä
che (21) ein Aktuator (22, 25, 27; 52, 54) zugeordnet
ist, der aus einem bei Auftreten eines elektrischen Si
gnals seine Geometrie verändernden Material besteht,
dergestalt, daß bei Auftreten des Signals der Aktuator
der Haltekraft am Ankerelement entgegenwirkt und so das
Ankerelement (15) durch direkte Luftspanänderung von der
Polfläche (21) abhebt, so daß es durch die Rückholfeder
entfernt und in ausgelöste Stellung verbracht wird.
2. Fehlerstromauslöser oder Auslöser nach An
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (22,
25, 27; 52, 54) aus einem piezoelektrischen Keramikmate
rial besteht.
3. Fehlerstromauslöser nach einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er ein U-förmiges
Magnetjoch (10) aufweist, dessen Polschenkel (12, 13)
von dem Ankerelement (15) überdeckt sind, wobei sich das
Ankerelement bei einem Auslösevorgang um eine Drehachse
an einem Polschenkel dreht, und daß der Aktuator der
Polfläche des anderen Polschenkels zugeordnet ist.
4. Fehlerstromauslöser nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Aktuator ein piezokeramischer
Elongator ist.
5. Fehlerstromauslöser nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß der Aktuator ein Bimorph-Pie
zoelement (52, 54) ist, dessen eines Ende an einem der
Polschenkel befestigt und dessen anderes Ende frei be
weglich ist, so daß dieses den Anker von der benachbar
ten Polfläche drücken kann.
6. Auslöser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß das Piezoelement an dem Polschenkel, an dem
sich die Drehachse des Ankers befindet, befestigt ist.
7. Auslöser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß das Piezoelement mit einem Ende an dem Pol
schenkel befestigt ist, an dem die mit dem Anker zusam
menwirkende Polfläche angeordnet ist, wogegen das andere
Ende sich im Bereich des anderen, die Drehachse des An
kers aufweisenden Polschenkel befindet.
8. Auslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß am Aktuator (42) der Permanentmagnet (41) ange
bracht und mit diesem bewegbar ist, daß zwei miteinander
gelenkig verbundene Hebel (31, 32) vorgesehen sind, daß
das freie Ende wenigstens eines der Hebel (32) in einer
Richtung, die etwa quer zur Betätigungsrichtung des Ak
tuators (42) verläuft, und das Gelenk etwa in Betäti
gungsrichtung des Aktuators beweglich geführt ist, daß
die Hebel (31, 32) von einer Feder (38) beaufschlagt
sind, deren Kraft etwa in Richtung der Hebel verläuft,
wenn sich diese in einer Linie befinden, daß das Gelenk
von dem Permanentmagneten gegen die Kraft der Feder an
gezogen wird und sich die Hebel so in einer ersten sta
bilen Lage befinden, und daß der Aktuator so bemessen
ist, daß das Gelenk über eine Totpunktlage, in der die
Hebel etwa in einer Linie liegen, hinausbewegt wird, so
daß die Feder die Hebel in die zweite stabile Lage be
wegt.
9. Auslöser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß mit dem freien Ende des einen Hebels (32) ein
bewegliches Kontaktstück (39) verbunden ist, und daß die
Feder (38) zwischen dem freien Ende des Hebels (32) und
dem Kontaktstück (39) angeordnet ist und als Kontakt
druckfeder dient.
10. Auslöser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
zwei relativ zueinander bewegliche Teile, von denen ei
nes ortsfest ist und das erste dem Permanentmagneten und
das zweite dem Aktuator zugeordnet ist und dabei in ei
ner Ruhestellung von dem ersten angezogen wird, wobei
der Aktuator das zweite Teil bei Auftreten des Signales
vom ersten entfernt, so daß das bewegliche Teil von der
Kraft der Feder in eine Auslösestellung verbracht wird.
11. Auslöser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß der Aktuator ein als Ringschwinger ausgebilde
ter piezokeramischer Körper ist, mit dessem freien Ende
das bewegliche Teil verbunden ist.
12. Fehlerstromauslöser nach einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische
Signal das an einer Sekundärwicklung am Summenstromwand
ler bei Auftreten eines Fehlerstromes in einem den Feh
lerstromschutzschalter oder -baustein enthaltenden Netz
mit wenigstens einem Hin- und Rückleiter anstehende Si
gnal ist.
13. Fehlerstromauslöser nach einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ak
tuator und der Sekundärwicklung eine das elektrische Si
gnal verarbeitende und/oder speichernde Schaltungsanord
nung eingeschaltet ist, die ggf. ein Signal abgibt, des
sen Frequenz der Resonanzfrequenz des Aktuators ent
spricht.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914118177 DE4118177C2 (de) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | Permanentmagnetischer Fehlerstromauslöser |
EP92108730A EP0517049A1 (de) | 1991-06-03 | 1992-05-23 | Permanentmagnetischer Fehlerstromauslöser |
Applications Claiming Priority (1)
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