EP0073002B1

EP0073002B1 - Sperrmagnetauslöser

Info

Publication number: EP0073002B1
Application number: EP82107474A
Authority: EP
Inventors: Herbert Ing. Grad. Ebel; Fritz Dipl.-Ing. Heine; Erhard Ing. Grad. Runtsch
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1981-08-21
Filing date: 1982-08-17
Publication date: 1985-09-18
Also published as: EP0073002A1; ATE15732T1; DE8124466U1

Description

Die Erfindung betrifft einen mittels einer Spule steuerbaren Sperrmagnetauslöser gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, der z. B. aus der DEA2116473 bekannt ist. Derartige Sperrmagnetauslöser können insbesondere bei Fehlerstromschutzschultern Anwendung finden.
Es ist ein steuerbarer Magnetkreis bekanntgeworden (DE-C-949502), der als Sperrmagnetauslöser verwendet werden kann und der zwei nebeneinander angeordnete Eisenkörper besitzt, die jeweils ein Fenster aufweisen, durch das 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 dem anderen Steg des gleichen Jochteiles stark vermindert oder sogar umkehren kann. Es sei hierzu verwiesen auf die Figuren 1 und 2 der Zeichnung, in denen der Stand der Technik dargestellt ist.
Ein ähnlicher Sperrmagnetauslöser ist auch aus der.DE-C-1078227 bekanntgeworden.
Die Probleme bei den bekannten Sperrmagnetauslösern bestehen darin, daß der Aufwand an Einzelheiten 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 Gegenmagnetisierungsauslöser bezeichnet werden und wirken, sind beispielsweise aus der FR-A-1 337 305 oder der DE-A-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.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Sperrmagnetauslöser der eingangs genannten Art zu schaffen, der im Vergleich zu den bekannten Sperrmagnetauslösern einfach aufgebaut ist und höhere Empfindlichkeit besitzt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird damit ein Sperrmagnetauslöser gebildet, der eine derart einfache Form hat, wie sie bisher nur bei Gegenmagnetisierungsauslösern für möglich gehalten wurde, der nämlich als Joch nur ein einstückiges Teil mit zwei Schenkeln enthält, das sämtliche Auflageflächen für den Anker besitzt.
Ein Magnetauslöser, der annähernd U-förmig ausgebildet ist und dessen einer Schenkel zwei Stege aufweist, ist aus der DE-A-2 830 438 bekanntgeworden. Dieser Auslöser wirkt allerdings nicht als Sperrmagnetauslöser, weil der Magnetanker, der gegen die Kraft einer Feder gegen die Schenkel angezogen wird, nicht das gesamte Joch überdeckt, sondern lediglich den Bereich bzw. den Steg, auf dem die Spule aufgewickelt ist, wogegen der andere Steg als Nebenschluß dient. Damit wird ein Sperrmagnetauslöser nicht gebildet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
So wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 2 in einem der Schenkelteile wenigstens ein Fenster vorgesehen, durch das zwei quer zu der Polfläche des Schenkelteiles verlaufende Stege gebildet sind, um die herum je eine Spule gewickelt ist. Eine weitere Ausgestaltung kann dahin gehen, daß in einem der Schenkelteile 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 Schenkelteil und Quersteg liegen, wenn ein Fenster in einem Schenkelteil und das andere Fenster im die Schenkelteile verbindenden Quersteg des U-förmigen Joches angeordnet ist.
Gemäß kennzeichnendem Teil des Anspruches 5 kann ein Schenkelteil geschlitzt sein ; dadurch können auf die so entstandenen Stege jeweils eine Spule aufgebracht werden, was das Aufstecken vorgefertigter Spulen ermöglicht und daher die Herstellung erheblich vereinfacht. Diese Ausführung erlaubt außerdem die Verwendung von Spulen mit sehr vielen Windungen dünnen Drahtes, so daß Sperrmagnetauslöser 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 dieser Erfindungs-Ausführung ist eine entsprechende Anordnung der Kraftkomponente (Feder) am Anker erforderlich.
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 zeigt

Figuren 1 bis 3 drei Ausführungsbeispiele der Erfindung in schematischer Darstellung,
Figur 4 eine Seitenansicht auf einen erfindungsgemäßen Sperrmagnetauslöser ähnlich dem der Figur 1,
Figur 5 eine Seitenansicht auf den Sperrmagnetauslöser in Pfeilrichtung A gemäß Fig. 4,
Figur 6 eine Aufsicht auf den Sperrmagnetauslöser gemäß Fig. 4 in Pfeilrichtung B,
Figur 7 eine Aufsicht auf eine weitere Ausgestaltung des Magentjoches ähnlich der Aufsicht in Pfeilrichtung A der Fig. 4,
Figuren 8 und 9 zwei senkrecht zueinander liegende Ansichten einer weiteren Ausgestaltung des Magnetjoches eines erfindungsgemäßen Sperrmagnetauslösers, ähnlich dem der Fig. 4,
Figur 10 eine Darstellung, aus der der Wickelsinn der Spulen ersichtlich ist,
Figuren 11 und 12 je eine Ansicht ähnlich denen der Fig. 4 und 5 auf eine Ausführungsform der Erfindung ähnlich der der Fig. 3,
Figur 13 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ähnlich der der Fig. 3, in einer Ansicht gemäß den Fig. 4 oder 11,
Figuren 14 und 16 drei senkrecht zueinander liegende Ansichten einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, ähnlich der der Fig. 2, in einer Darstellung ähnlich der der Fig. 4 bis 6, wobei Fig. 15 ein Schnitt gemäß der Linie A-A aus Fig. 14 ist,
Figuren 17 und 19 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ähnlich der gemäß Fig. 2, in Ansichten ähnlich der der Fig. 4 bis 6.

Die Figur 1 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 1a und 1b gebildet werden, um die herum je eine Spule 6a und 6b 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 aufgelagert und er wird mittels einer Feder 2 in Uhrzeigerrichtung (Pfeilrichtung U) beaufschlagt.
Die Anordnung gemäß Figur 2 besitzt wieder ein Joch 1, das U-förmig mit zwei Schenkeln 9 und 5 ausgebildet ist. Der Schenkel 5 besitzt ein Fenster, das aber zum Anker 8 hin offen ist. Dadurch werden zwei Stege 1a und 1b gebildet, um die die Spulen 6a und 6b herumgewickelt sind. Der Anker 8 dreht sich dabei um das freie Schenkelende des Steges 1a und zwar aufgrund der Kraft der Feder 2 in Pfeilrichtung U1 entgegen dem Uhrzeigersinn. Zwar sind die einzelnen Elemente der beiden Ausgestaltungen gemäß Figur 1 und 2 unterschiedlich ; da aber die einzelnen Komponenten gleichwirkend sind, werden auch gleiche Bezugsziffern verwendet. Dies gilt auch für die Ausgestaltung nach Figur 3. Man erkennt in Figur 3, daß der Schenkel 5 zwei übereinanderliegende Fenster 4a und 4b aufweist, wodurch insgesamt vier Stege 1a, 1b, 1c und 1d sowie ein Fenstersteg 1 e gebildet werden. Um diesen Fenstersteg 1e herum ist die Spule 6 herumgewickelt. Im übrigen ist die Anordnung gemäß Figur 3 ähnlich der gemäß Figur 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 1a und 1b bzw. 1a, 1c und 1b, 1d. Die Magnetflüsse in diesen Schenkeln sind gleichsinnig. Aufgrund der von den Spulen 6a und 6b erzeugten Durchflutungen (Figur 1 und 2) gelangt beispielsweise der Steg 1a in die Sättigung, wogegen der Magnetfluß im Steg 1 b 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 2 den Anker in Pfeilrichtung U oder U₁ aufklappen kann.

Bei der Ausführung gemäß Figur 3 wird durch den Permanentmagneten 3 in den Stegen 1a bis 1d jeweils ein gleichsinniger Magnetfluß erzeugt. Durch die Spule 6 werden zwei Steuerflüsse erzeugt, die durch die Stege 1a, 1b und 1c, 1d jeweils in entgegengesetzter Richtung verlaufen. Nimmt man an, daß der von dem Permanentmagneten 3 erzeugte Hauptfluß in der Richtung vom Nordpol zum Südpol verläuft, dann erhöht sich der Magnetfluß in den Stegen 1a und 1d, wogegen sich der Magnetfluß in den Stegen 1b und 1c erniedrigt. Dadurch gelangen die Stege 1a und 1d in die Sättigung, so daß die Anzugskraft auf den Anker 8 verkleinert wird.
Während die Figuren 1, 2 und 3 den Sperrmagnetauslöser lediglich schematisch darstellen, ist in den Figur 4 und folgenden jeweils eine detaillierte Ausführungsform dargestellt.
Der Sperrmagnetauslöser gemäß Figur 4 besitzt ein U-förmiges Joch 10 mit zwei Schenkeln 12 und 14, 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 der 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 (Stege 1a und 1b) der Figur 1 entsprechen. Eine weitere Verringerung des Querschnitts dieser Engstellen kann durch Nuten 62 und 64 bewirkt werden (Figur 7). Durch den Permanentmagneten 18 wird im Joch 10 ein Magnetluß erzeugt, der sich in die beiden Magnetflüsse durch die 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.
In den Figuren 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 Sperrmagnetauslösers gemäß Figur 4 ein Permanentmagnet angebracht ist (nicht dargestellt). Der andere Schenkel 76 ist bezogen auf die Ausrichtung des Schenkels 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 Figur 4. Damit wird ein größerer Raum für die Spulen geschaffen.
Die Figur 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 50 und 52 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 P1 ebenfalls mehrmals um den Steg 50 herumgeschlungen. Die Anzahl der Windungen ist durch die gewünschte Empfindlichkeit bestimmt.
In den Figuren 11 bis 13 sind weitere Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt. Der Sperrmagnetauslöser besitzt ein u-förmiges Joch 90 mit zwei Schenkeln 92 und 94 und einen beide Schenkel miteinander verbindenen Quersteg 96; der Schenkel 94 entspricht dem Schenkel 14 in Figur 4 und dementsprechend sind dort auch der Permanentmagnet 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 verlaufenden Fenstersteg 98 voneinander getrennte Fenster 100 und 102, durch die eine Spule 104 den Fenstersteg 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 96 und das andere Fenster 110 im Schenkel 92 liegen (Figur 13).
Es sei nun Bezug genommen auf die Figuren 14 bis 16. Der Sperrmagnetauslöser 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 Stromflusses 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 Figuren 17 bis 19. Der prinzipielle Aufbau der Anordnung ist der gleiche wie in den Figuren 14 bis 16 dargestellt ; lediglich die geometrische Anordnung ist verändert.
Bei dieser Ausführung 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.

Claims

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 ; 70 ; 90 ; 120) und einen 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 (1a, 1b ; 1c, 1d ; 50, 52 ; 124, 126) aufgeteilt und um wenigstens einen Steg je eine Spule (6 ; 6a, 6b ; 54, 56 ; 104 ; 130, 132) derart gewickelt ist, daß sich bei deren Erregung in den Stegen entgegengesetzte Durchflurtungen 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 ; 70 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 Schenkelteile wenigstens ein Fenster (4; 48) vorgesehen ist, wodurch zwei quer zu der Polfläche (7a ; 30) des Schenkelteiles verlaufende Stege (1a, 1 b ; 50, 52) gebildet sind, um die herum je eine Spule (6a, 6b, 54, 56) gewickelt ist.

3. Sperrmagnetauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der Schenkelteile zwei Fenster (4a, 4b ; 100, 102) vorgesehen sind, die durch einen parallel zur Polfläche verlaufenden Fenstersteg (1e; 98) getrennt sind, um den herum eine Spule (6 ; 104) gewickelt ist.

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

5. Sperrmagnetauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schenkelteil (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.