DE4240031A1

DE4240031A1 - Magnetic release for residual current circuit breakers

Info

Publication number: DE4240031A1
Application number: DE4240031A
Authority: DE
Inventors: Soenke Dipl Phys Kahl; Wolfgang Neumann
Original assignee: Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Priority date: 1992-11-28
Filing date: 1992-11-28
Publication date: 1994-06-01
Also published as: WO1994013003A1; FI952570A0; EP0671054A1; DE59302296D1; NO950024L; EP0671054B1; ATE137059T1; NO950024D0; FI952570A

Abstract

The invention relates to a magnetic trigger for a fault current protection switch with a spring-loaded cut-out blade, a permanent magnet, a triggering coil, a magnet yoke with a core for the triggering coil, a bearing and pole faces for the cut-out blade and a push-rod actuatable thereby. It solves the problem of designing such a magnetic trigger in such a way that it is simple to construct, compact and where the available magnetic energy is most effectively used. According to the invention, the magnet yoke (1) is, in projection, a hooked component which virtually completely surrounds both poles of the permanent magnet (6) at one end and at the other is shaped into a leg (2) leading away from the permanent magnet (6), the core (3) for the triggering coil (4) is arranged on the side of this leg (2) away from the projection plane and that one pole face (8) is formed on the core (3) and the other (9) between the core (3) and the permanent magnet (6) at the end of the region (5) of the magnet yoke (1) surrounding it and the bearing (12) on the side of the permanent magnet (6) away from the pole faces (8, 9) are formed on the surrounding region (5) of the magnet yoke (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetauslöser für Fehlerstrom schutzschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a magnetic release for fault current Circuit breaker according to the preamble of claim 1.

Fehlerstromschutzschalter werden in Elektrogeräten oder -anlagen eingesetzt, um infolge einer Störung oder eines Defektes auftre tende Fehlerströme, also zur Erde abfließende und eine Gefahren quelle darstellende Ströme, zu erkennen und den elektrischen Stromkreis abzuschalten. Alle mit dem Netz verbundenen Leitungen des Elektrogerätes oder der -anlage werden über einen Stromwand ler geführt, der die Summe aller in dem Leitungssystem zu- und abfließenden Ströme ermittelt. In einem störungsfreien System ist diese Summe Null. Wenn jedoch infolge einer Störung ein Teil des Netzstromes über eine Fehlverbindung zur Erde abfließt, wird die Summe der durch den Stromwandler zu- und abfließenden Ströme un gleich Null, wodurch ein magnetisches Feld und in der Sekundär wicklung des Stromwandlers ein Strom erzeugt werden. Dieser Strom bewirkt in Folge einen Stromfluß in der Spule des Magnetauslösers des Fehlerstromschutzschalters.Residual current circuit breakers are used in electrical devices or systems used to occur as a result of a malfunction or a defect fault currents, i.e. those flowing to earth and a hazard currents representing source, to recognize and the electrical Switch off circuit. All lines connected to the network of the electrical device or system are via a power wall led the sum of all in the pipe system and flowing currents determined. In a trouble-free system this sum zero. However, if part of the Mains current flows through a faulty connection to earth, the Sum of the currents flowing in and out through the current transformer equal to zero, creating a magnetic field and in the secondary winding of the current transformer a current can be generated. This stream causes a current flow in the coil of the magnetic release of the residual current circuit breaker.

Ein solcher Magnetauslöser ist in der EPA 0 228 345 A1 beschrie ben. Dieser weist ein Magnetjoch mit einer Einkopplungsstelle für ein Dauermagnetfeld, einen Kern für eine Auslösespule, Auflage- und Polflächen auf; hat einen an der Einkopplungsstelle angeord neten Dauermagneten, eine am Kern angeordnete Auslösespule, einen Klappanker aus einer hochpermeablen Legierung und einen durch diesen betätigbaren Stößel. Das Magnetjoch ist aus zwei durch ein magnetisch schlecht leitendes Diaphragma getrennt aneinanderlie genden, aus einer hochpermeablen Legierung bestehenden Jochble chen mit je einer angeformten Auflage für die Lagerung des Klapp ankers gebildet. Die Gestaltung des Magnetjochs ist einends durch eine an jedem der beiden Jochbleche angeformte Einkopplungsstelle für den Dauermagneten gebildet und andernends durch je eine Pol fläche bestimmt, von denen sich eine an der freien Stirnseite des zum Kern für die Auslösespule ausgebildeten Jochblechs und die andere an dem nicht in die Spule hineinragenden Jochblech ange ordnet ist. Der Klappanker ist an den angeformten Auflagen am Magnettisch schwenkbar gelagert und steht mit den Polflächen in kontaktschlüssigem Eingriff. Eine am Klappanker angreifende Feder belastet diesen in der von den Polflächen wegweisenden Richtung um die Schwenkachse. Im Bereich der Ankerlagerung sind eine oder mehrere magnetisch schlecht leitende Zonen ausgebildet, um zu verhindern, daß in der Nähe der Schwenkachse des Klappankers ein magnetischer Kurzschluß zwischen den beiden Jochblechen stattfin det. Die Auslösespule führt den in der Sekundärwicklung eines Summenstromwandlers erzeugten Strom, der dort infolge einer Stö rung erzeugt wird.Such a magnetic release is described in EPA 0 228 345 A1 ben. This has a magnetic yoke with a coupling point for a permanent magnetic field, a core for a trip coil, support and pole faces; has arranged one at the coupling point Neten permanent magnet, a trigger coil arranged on the core, one Folding anchors made of a highly permeable alloy and a through this actuatable plunger. The magnetic yoke is made up of two by one magnetically poorly conductive diaphragm separately Jochble made of a highly permeable alloy Chen with a molded support for the storage of the folding anchors formed. The design of the magnetic yoke is one thing through a coupling point formed on each of the two yoke plates formed for the permanent magnet and elsewhere by one pole each area, one of which is located on the free end face of the to the core for the trip coil trained yoke sheet and the others attached to the yoke sheet not protruding into the coil is arranged. The hinged anchor is on the molded supports on Magnetically pivoted and stands with the pole faces in contact engagement. A spring engaging the hinged anchor loads it in the direction pointing away from the pole faces about the pivot axis. In the area of the anchor bearing there are one or several magnetically poorly conductive zones are formed to prevent a near the pivot axis of the folding anchor magnetic short circuit between the two yoke plates det. The trip coil leads the one in the secondary winding Total current transformer generated current, which there due to a disturbance tion is generated.

Das an der Einkopplungsstelle des Magnetjochs durch den dort an geordneten Dauermagneten eingekoppelte Magnetfeld zieht über die Polflächen den Anker an, wobei der Dauermagnet so eingestellt ist, daß die magnetische Kraft größer als die entgegengesetzt wirkende Kraft der am Anker angreifenden Feder ist. Der in der Auslösespule infolge einer Störung geführte Strom schwächt den magnetischen Fluß des Dauermagneten, wodurch die magnetische Kraft kleiner als die auf den Anker wirkende Federkraft wird, der Anker reißt von den Polflächen ab und betätigt den Stößel, wo durch die Kontakte des Fehlerstromschutzschalters geöffnet wer den.That at the coupling point of the magnetic yoke through there orderly permanent magnet coupled magnetic field pulls over the Pole faces the armature, with the permanent magnet set so is that the magnetic force is greater than the opposite effective force of the spring acting on the anchor. The Indian Trip coil caused by a fault weakens the magnetic flux of the permanent magnet, causing the magnetic Force becomes smaller than the spring force acting on the armature, the Anker tears off the pole faces and actuates the plunger where through the contacts of the residual current circuit breaker the.

Der Magnetauslöser ist durch dessen aus mehreren Teilen bestehen des Magnetjoch aufwendig, relativ groß und hat den Nachteil, daß die durch den Dauermagneten zur Verfügung stehende magnetische Energie nicht vollständig genutzt wird.The magnetic release is made up of several parts the magnetic yoke complex, relatively large and has the disadvantage that the magnetic available through the permanent magnet Energy is not fully used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetauslöser für Fehlerstromschutzschalter zu schaffen, der in seinem Aufbau relativ einfach ist, kleine Abmessungen hat und bei dem die magnetische Energie maximal genutzt wird.The invention has for its object a magnetic release to create for residual current circuit breakers, which in its construction is relatively simple, has small dimensions and in which the maximum magnetic energy is used.

Diese Aufgabe wird bei einem Magnetauslöser für Fehlerstrom schutzschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.This task is done with a magnetic release for residual current Circuit breaker according to the preamble of claim 1 characteristic features solved.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Magnetjoch aus nur einem Teil besteht, wodurch der Aufbau des Magnetauslösers wesentlich vereinfacht ist, und daß es die Ausbildung des Magnet jochs, das einerseits den Dauermagneten im wesentlichen vollstän dig umhüllt und andererseits zwei Polflächen für den Anker auf weist, die ein Haltemoment erzeugen, gestattet, den Magnetauslö ser auf kleinsten Raum zu konzentrieren und dabei die magnetische Energie des Dauermagneten maximal auszunutzen. Das Magnetjoch stellt einen definierten magnetischen Nebenschluß für den Magne ten dar.The advantage of the invention is that the magnetic yoke only part exists, which causes the construction of the magnetic release is significantly simplified, and that it is the formation of the magnet yokes that on the one hand essentially complete the permanent magnet dig encased and on the other hand two pole faces for the anchor points that generate a holding torque, allows the magnetic release to concentrate on the smallest space and the magnetic one Make maximum use of the energy of the permanent magnet. The magnetic yoke provides a defined magnetic shunt for the magnet ten.

Die Ausbildung des Lagers als Schneidlager gemäß Anspruch 2 stellt eine wenig auf wendige und reibungsarme Lagerungsart für den Klappanker dar.The formation of the bearing as a cutting bearing according to claim 2 provides a little agile and low-friction type of storage for represents the hinged anchor.

Die Maßnahmen nach den Ansprüchen 4 bis 7 stellen zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Magnetauslösers dar.The measures according to claims 4 to 7 represent expedient Embodiments of the magnetic release according to the invention.

Eine höhenverstellbare Anordnung des Dauermagneten nach Anspruch 8 gestattet auf einfache Weise ein Regulierung der einspeisbaren magnetischen Energie.A height-adjustable arrangement of the permanent magnet according to claim 8 allows regulation of the feedable in a simple manner magnetic energy.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen schematischThe invention is described below using an exemplary embodiment explained in more detail. They show schematically

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Magnetjochs mit Schneidlager und einen Klappanker, Fig. 1 is a perspective view of a magnet yoke with cutting bearing and a hinged armature,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Magnetjoch mit Dauermagnet und Spule, Fig. 2 is a plan view of a magnetic yoke with a permanent magnet and the coil,

Fig. 3 eine Darstellung des Magnetflusses im Magnetjoch und Fig. 3 shows the magnetic flux in the magnetic yoke and

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Magnetauslösers. Fig. 4 is a side view of a magnetic release.

In Fig. 1 ist ein Magnetjoch 1 als Stanz-Biegeteil mit in seiner Projektion hakenförmiger Gestalt dargestellt (auch Fig. 2 und 3). Einerends weist dieses Magnetjoch 1 einen an einem Schenkel 2 an geordneten Kern 3 für eine Auslösespule 4 auf (Fig. 2, 4), und andererseits ist es zu einer nahezu vollständigen und damit auch beidpoligen Umhüllung 5 für einen Dauermagneten 6 - einem Einkop plungsbereich für den Dauermagnetfluß - ausgebildet (Fig. 2, 3). In einer im Abstand zur Projektionsebene befindlichen Ebene sind am Magnetjoch 1 eine zweigeteilte Auflagefläche 7 und zwei Pol flächen 8 und 9 ausgebildet, wobei die Auflagefläche 7 auf der einen Seite des Dauermagneten 6 an der Umhüllung 5 und die Pol flächen 8 und 9 jenseits des Dauermagneten 6 an der Umhüllung 5 (Polfläche 9) bzw. am Kern 3 (Polfläche 8) ausgebildet sind. An der Auflagefläche 7 ist ein Blech 9 mit einer Anlagefläche 10 und zwei seitlichen Arretierungsflächen 11 angeordnet, wobei die rechtwinklig zueinander gelegenen Flächen 7 und 10 eine Kehle bilden und ein Schneidlager 12 darstellen. Die Arretierungsflä chen 11 verschließen die Kehle und begrenzen das Schneidlager 12 nach beiden Seiten.In Fig. 1, a magnetic yoke 1 is shown as a stamped and bent part with a hook-shaped shape in its projection (also Fig. 2 and 3). On the one hand, this magnetic yoke 1 has a core 2 on an ordered core 3 for a trip coil 4 ( FIGS. 2, 4), and on the other hand it is an almost complete and thus also two-pole sheath 5 for a permanent magnet 6 - a coupling area for coupling the permanent magnetic flux - formed ( Fig. 2, 3). In a plane at a distance from the projection plane, a two-part bearing surface 7 and two pole surfaces 8 and 9 are formed on the magnetic yoke 1 , the bearing surface 7 on one side of the permanent magnet 6 on the sheathing 5 and the pole surfaces 8 and 9 beyond the permanent magnet 6 are formed on the sheath 5 (pole face 9 ) or on the core 3 (pole face 8 ). A plate 9 with a contact surface 10 and two lateral locking surfaces 11 is arranged on the support surface 7 , the surfaces 7 and 10 which are at right angles to one another forming a groove and representing a cutting bearing 12 . The Arretierungsflä Chen 11 close the throat and limit the cutting bearing 12 on both sides.

Fig. 1 zeigt des weiteren einen plättchenförmigen Klappanker 13 mit einer Gestalt, die etwa dem Umfang der Projektion des Magnet jochs 1 entspricht. An der lagerseitigen Schmalseite, die über der Auflagefläche 7 des Magnetjochs 1 befindlich ist (Fig. 1), ist eine Schneidkante 14 ausgebildet. An der Oberseite des Klapp ankers 13 ist ein Angriffshebel 15 für eine Zugfeder 16 (Fig. 4) angeordnet. Fig. 1 also shows a plate-shaped hinged anchor 13 with a shape that corresponds approximately to the extent of the projection of the magnet yoke 1 . A cutting edge 14 is formed on the narrow side on the bearing side, which is located above the contact surface 7 of the magnetic yoke 1 ( FIG. 1). At the top of the folding anchor 13 , an attack lever 15 for a tension spring 16 ( Fig. 4) is arranged.

Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Magnetauslöser in schemati scher Darstellung. Dort ist die Anordnung des Klappankers 13 er kennbar. Dieser liegt kontaktschlüssig auf den beiden Polflächen 8 und 9 auf, wobei dessen Schneidkante 14 in der Kehle des Schneidlagers 12 anliegt. Am Angriffshebel 15 ist die andernends fest verankerte Zugfeder 16 angelenkt. Außerdem läßt die Darstel lung die Anordnung des Dauermagneten 6 im Magnetjoch 1 erkennen. Fig. 4 shows a magnetic release according to the invention in schematic representation. There, the arrangement of the hinged anchor 13 is recognizable. This rests on the two pole faces 8 and 9 in a contact-locking manner, the cutting edge 14 of which rests in the throat of the cutting bearing 12 . The other end of the tension spring 16 is articulated on the attack lever 15 . In addition, the presen- tation shows the arrangement of the permanent magnet 6 in the magnetic yoke 1 .

In Fig. 3 ist der infolge der Einkopplung des Dauermagnetfeldes in das Magnetjoch 1 gegebene Magnetfluß dargestellt. Die magneti schen Kraftlinien ziehen den mit seiner Schneidkante 14 im Schneidlager 12 gelagerten Klappanker über beide Polflächen (8, 9) gegen die Kraft der Feder 16 bis zur kontaktschlüssigen Aufla ge auf den Polflächen 8 und 9 an, wobei beide Pole zum Haltemo ment beitragen. Durch die Gestaltung des Magnetjochs 1, insbeson dere auch durch das Vorhandensein eines von den den magnetischen Fluß führenden Polflächen 8 und 9 getrennten Lagers (12) mit ei ner Auflagefläche 7, die bei vorliegender Ausführungsform zweige teilt ist, wird verhindert, daß ein Teil des Magnetflusses im Be reich des Lagers durch den Klappanker geführt wird. D.h., der in das Magnetjoch 1 eingebundene Dauermagnet 6 erzeugt im Magnetjoch 1 einen magnetischen Fluß, der zwischen den beiden Polen (8, 9) über den Klappanker 13 fließt und diesen infolge der magnetischen Kraft an die Polflächen 8 und 9 zieht. Dadurch, daß der Dauermag net 6 an seinen beiden Polen vom Magnetjoch 1 umgeben ist und die Auflagefläche 7 keine Polfläche ist, wird die magnetische Energie des Dauermagneten 6 maximal ausgenutzt und durch die Lage der beiden Polflächen 8 und 9 zur Auflagefläche 7 optimal zur Erzeu gung eines Haltemomentes verwendet. Die Stärke des wirkenden Mag netfeldes und damit auch die Empfindlichkeit des Magnetauslösers ist durch den Dauermagneten 6 vorbestimmbar und überdies durch dessen Höhenverschiebung im Magnetjoch 1 veränderbar. Der in Fig. 4 dargestellte Zustand zeigt, daß das durch den Magnetfluß am Klappanker 13 wirkende Haltemoment größer als das diesem entge genwirkende, durch die Kraft der Zugfeder 16 und den Angriffs hebel 15 bestimmte Zugmoment ist.In Fig. 3 the result of the coupling of the permanent magnetic field in the magnetic yoke given magnetic flux 1 is shown. The magnetic lines of force pull the hinged armature with its cutting edge 14 in the cutting bearing 12 over both pole faces ( 8, 9 ) against the force of the spring 16 up to the contact-fit bearing on the pole faces 8 and 9 , both poles contributing to the holding moment. By designing the magnetic yoke 1 , in particular also by the presence of a separate from the magnetic flux leading pole faces 8 and 9 separate bearing ( 12 ) with egg ner contact surface 7 , which is divided into two in the present embodiment, prevents part of the Magnetic flux in the area of the bearing is guided through the hinged armature. That is, the integrated in the magnet yoke 1 permanent magnet 6 generates in the magnetic yoke 1 a magnetic flux between the two poles (8, 9) flows through the hinged armature 13 and this and pulls due to the magnetic force at the pole faces 8. 9 Characterized in that the permanent mag net 6 is surrounded at its two poles by the magnetic yoke 1 and the bearing surface 7 is not a pole face, the magnetic energy of the permanent magnet 6 is used to the maximum and by the position of the two pole faces 8 and 9 to the bearing surface 7 optimal for generation a holding torque used. The strength of the acting mag netfeldes and thus the sensitivity of the magnetic trigger can be predetermined by the permanent magnet 6 and can also be changed by its height shift in the magnetic yoke 1 . The state shown in Fig. 4 shows that the holding torque acting by the magnetic flux on the hinged armature 13 is greater than the counteracting entge this, by the force of the tension spring 16 and the attack lever 15 determined traction torque.

Ein infolge einer Störung in der Sekundärwicklung des zugehörigen Stromwandlers erzeugter Strom fließt auch in der Auslösespule 4 und erzeugt seinerseits im Kern 3 ein Magnetfeld, das das durch den Dauermagneten 6 vorbestimmte Magnetfeld beeinträchtigt und derart schwächt, daß die auf den Klappanker 13 wirkende Kraft der Zugfeder 16 größer als das magnetische Haltemoment wird, so daß der Klappanker 13 von den Polflächen 8 und 9 abreißt und um die Schneidkante 14 von diesen Polflächen weggeschwenkt (weggeklappt) wird. Dabei wird der Stößel 17 betätigt, also nach oben ge drückt, und öffnet seinerseits die Kontakte des Fehlerstrom schutzschalters.A current generated as a result of a fault in the secondary winding of the associated current transformer also flows in the trip coil 4 and in turn generates a magnetic field in the core 3 which affects the magnetic field predetermined by the permanent magnet 6 and weakens such that the force of the tension spring acting on the hinged armature 13 16 becomes greater than the magnetic holding torque, so that the hinged armature 13 tears off the pole faces 8 and 9 and is pivoted away (folded away) about the cutting edge 14 from these pole faces. The plunger 17 is actuated, that is, presses ge up, and in turn opens the contacts of the residual current circuit breaker.

Claims

Magnetic release for a residual current circuit breaker with a spring-loaded hinged armature, a permanent magnet, a tripping coil, a magnetic yoke with a core for the tripping coil, a bearing and pole faces for the hinged armature and with a plunger that can be actuated by it, the magnetic yoke and the hinged armature being made from one Highly permeable alloy, characterized in that the magnetic yoke ( 1 ) is a bent part that is hook-shaped in its projection, one end of the permanent magnet ( 6 ) is almost completely encased in both poles and the other ends to a leg ( 2 ) leading away from the permanent magnet ( 6 ) is formed that the core ( 3 ) for the trigger coil ( 4 ) on this leg ( 2 ) on the projection plane facing away from te is arranged, and that a pole face ( 8 ) on the core ( 3 ) and a pole face ( 9 ) between the core ( 3 ) and the permanent magnet ( 6 ) at the end of the area ( 5 ) of the magnet yoke enveloping it ( 1 ) and the bearing ( 12 ) on the side facing away from the pole faces ( 8 , 9 ) of the permanent magnet ( 6 ) on the enveloping area ( 5 ) of the magnetic net yoke ( 1 ) are formed.

2. Magnetic release according to claim 1, characterized in that the bearing ( 12 ) is designed as a cutting bearing.

3. Magnetic release according to claim 2, characterized in that the cutting bearing has a two-part bearing surface ( 7 ) and a substantially perpendicular to this and with this a throat-forming contact surface ( 10 ) for the hinged anchor ( 13 ).

4. Magnetic release according to claim 3, characterized in that locking elements ( 11 ) are arranged on both sides of the throat.

5. Magnetic release according to claim 1 and 3, characterized in that the pole faces ( 8 , 9 ) and the bearing surface ( 7 ) are arranged in a plane.

6. Magnetic release according to claim 1 and 3, characterized in that the hinged armature ( 13 ) is a plate with a shape corresponding approximately to the extent of the projection of the magnetic yoke ( 1 ), the bearing side a cutting edge ( 14 ) and on its top an attack lever ( 15 ) for a tension spring ( 16 ).

7. Magnetic release according to claim 1, 3, 5 and 6, characterized in that the hinged armature ( 13 ) with the cutting edge ( 14 ) by the force of a tension spring ( 16 ) adjacent in the throat and around the cutting edge ( 14 ) between Two positions are arranged pivotably, one of which is determined by the contact closure with the pole faces ( 8 , 9 ) and the other by the switching position of a side of the hinged armature ( 13 ) facing away from the pole faces ( 8 , 9 ) and arranged by this actuatable plunger ( 17 ).

8. Magnetic release according to claim 1, characterized in that the permanent magnet ( 6 ) in the magnetic yoke ( 1 ) is vertically displaceable angeord net.