EP0829895A2 - Permanentmagnet für den magnetischen Kreis eines vorzugsweise in einem Fehlerstromschutzschalter einsetzbaren Magnetauslösers - Google Patents

Permanentmagnet für den magnetischen Kreis eines vorzugsweise in einem Fehlerstromschutzschalter einsetzbaren Magnetauslösers Download PDF

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EP0829895A2 EP97810590A EP97810590A EP0829895A2 EP 0829895 A2 EP0829895 A2 EP 0829895A2 EP 97810590 A EP97810590 A EP 97810590A EP 97810590 A EP97810590 A EP 97810590A EP 0829895 A2 EP0829895 A2 EP 0829895A2
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magnetic
yoke
pole faces
circuit breaker
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Siegfried Münzer
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Definitions

  • the invention is based on a permanent magnet for the magnetic circuit of a preferably in a residual current circuit breaker (FI switch) magnetic trigger.
  • a permanent magnet feeds magnetic flux into one of two yokes formed magnetically insulated from each other of the magnetic circuit.
  • the yoke is generally U-shaped educated. The ends of the U are in the closed state of the magnetic circuit is bridged by a hinged anchor.
  • a trigger variable such as a fault current
  • This signal generates in the trip coil a magnetic flux which is that of permanent magnets generated permanent magnetic flux weakens at the location of the armature.
  • Anchors loaded by a prestressed spring are used in the Weakening of the permanent magnetic flux from the yoke and pivoted about a bearing axis. Here he loosens a pestle mechanical actuation of a device. At an FI switch this plunger acts on a key switch, which is opening arranges a contact arrangement of the FI switch.
  • the invention takes on a prior art of permanent magnets for the magnetic circuit of a magnetic release cover, as published in EP-B1-0 228 345, for example.
  • Permanent magnets described in the publication are cylindrical or cuboid. They are each between two each a coupling point and by a magnetic poorly conductive diaphragm magnetically isolated from each other Sheets of a yoke arranged.
  • the yoke is part of the magnetic circuit of one used in a RCD Magnetic release.
  • the positioning of these magnets on the Coupling points are relatively complex. Because here also Air gaps cannot be excluded with certainty Magnets are generally oversized in manufacturing.
  • the invention as set out in the claims the task is based on a permanent magnet of the beginning to create mentioned type, which is easy in the Yoke can be positioned and which is also a particularly good one Feeding the magnetic flux into the yoke of the magnetic Circle enables.
  • the permanent magnet according to the invention is characterized in that that because of its inclined, level planes Pole faces easily at the coupling points of the two yoke plates can be customized.
  • the coupling points are corresponding to the angle of inclination of the pole faces against each other angled and also level.
  • the permanent magnet then positions itself automatically after its installation in the yoke, since it is guided by the action of the magnetic circuit Continuous flow with its two inclined towards each other arranged, flat pole faces to the complementary inclined, flat coupling points of the yoke is pressed. Not too avoiding air gaps between the pole faces of the magnet and the associated contact surfaces of the coupling points of the yoke are significantly reduced. Therefore, the coupling of the permanent magnetic flux in the yoke significantly improved.
  • the unwanted magnetic leakage flux becomes utterly kept low.
  • a fixation of the permanent magnet as well elaborate adjustment work is not necessary because the magnet automatically in the right position.
  • it is now Preferred direction of the magnet can be easily recognized and the Magnet is also designed to be isotropic or anisotropic.
  • Magnetic release has a trough-shaped bottom 1 and a cover 2 existing insulating housing.
  • a cylindrical plunger 4 is used in the lid 2 in the lid 2 in the lid 2 .
  • the plunger 4 has thickened lower end, which on a cuboid trained armature 5 of a magnetic circuit.
  • the upward end of the plunger 4 does not work Switch lock shown on a contact arrangement of a not FI switch shown.
  • the magnetic circuit also has a sheet metal 7, 8 containing U-shaped yoke 9.
  • the two yoke sheets are made with a non-magnetic material, for example a nickel alloy, existing bolt 10 approximately Welding at a distance of typically 50 to 100 ⁇ m fixed to each other. Through additional magnetically non-conductive Welding, soldering or gluing points can reduce mechanical stability of the yoke 9 can be increased.
  • the one formed by the distance Air gap usually takes over the function of one used, membrane-shaped diaphragm.
  • the two yoke plates 7, 8 are each angled such that the yoke 9 has a V-profile in the region of the bend. Between the two newly formed legs 7b, 8a of the V-profile an obelisk-shaped permanent magnet 11 with planes Pole surfaces 11a, 11b arranged.
  • the two pole faces 11a, 11b each lie on one of the two legs 8a, 7b of the yoke 9 on.
  • the obelisk forming the permanent magnet 11 has in addition to the two pole faces 11a and 11b two on the two pole faces adjoining, trapezoidal side surfaces and two parallel mutually aligned, rectangular surfaces, one of which smaller the top surface and a larger the base of the Represents obelisk.
  • the two trapezoidal side faces are parallel to each other and perpendicular to the base and top surface aligned.
  • the pole faces 11a, 11b are therefore each rectangular or square.
  • This intermediate floor has two on its top webs 13, 14 running parallel to one another. Between both webs is an unmarked opening and one also not designated material recess provided, which carries out the end sections of the yoke 9 containing U serve.
  • a yoke plate 7 formed Leg 15 of the U is one of an electrical signal excitable trigger coil 16 inserted. This trigger coil is with With the help of two power connections 17 led through the floor 1 supplied with electrical power, which occurs when a Residual current is formed in a summation current transformer.
  • This spring element 18 is designed as a double spring Designated spring element.
  • This spring element 18 contains two cylindrical, mirror-symmetrically arranged coil springs 19, 20 with typically up to 10 turns each.
  • Each spring 19 or 20 is stored in a material recess 21 or 22, which is molded into the web 13 or 14.
  • the spring element 18 loads the armature 5 with before triggering the magnetic release a preload.
  • the armature 5 is on the trigger before the magnetic release Ends of the U on.
  • the armature 5 is then through the spring element 18th loaded with a preload.
  • the magnetic circle is closed and the permanent magnetic flux is from the permanent magnet 11 over the yoke plate with its as a coupling point acting leg 7b and its leg 15, the armature 5 and that Yoke plate 8 with its leg acting as a coupling point 8a led back to the permanent magnet.
  • a Residual current weakens the magnetic field in the trip coil 16 fed current signal the field of magnetic Circle in the area of anchor 5.
  • the anchor 5 is under the Effect of the spring element 18 tilted and leads - as from Fig.2 is visible - the plunger upwards, which then through Open the key switch, not shown Switching off the RCCB causes.
  • the permanent magnetic flux is particularly good and without essential Spreading losses coupled into the yoke 9. This is a result of two pole faces arranged inclined to each other.
  • the permanent magnet 11 positions itself automatically and without additional aids in the right position.
  • the permanent magnet is designed as an obelisk and has two trapezoidal side surfaces, since the permanent magnet can then be easily inserted into the V-profile.
  • the permanent magnet 11 therefore does not have to necessarily be designed as an obelisk or wedge, but can also be a prismatoid with two angled, flat pole faces 11a and 11b.
  • the trapezoidal side surfaces of the obelisk or the triangular side surfaces of the Wedges can be made with isosceles or unequal legs and optionally arranged inclined to the base be. For manufacturing reasons and for reasons of one good feeding of the magnetic flux into the yoke is recommended it is, however, a regularly trained obelisk or Wedge with trapezoidal or triangular side surfaces.
  • the angle between the two pole faces 11 should not be too be blunt, because then it is no longer easy to position is guaranteed. On the other hand, the angle is also not allowed be chosen too pointed, because the energy density of the magnet 11 is then too low and accordingly too little energy in the magnetic circuit is fed. An angle is recommended between 60 ° and 120 °.
  • the two yoke plates 7, 8 do not necessarily have to be V-shaped be angled. It is sufficient if the yoke is flat and the other yoke plate is angled. The important thing is that the so formed when joining the two yoke plates Angle between the two sheets between the angle of inclination corresponds to the two pole faces of the permanent magnet.

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Abstract

Der Permanentmagnet (11) ist für den magnetischen Kreis eines vorzugsweise in einem Fehlerstromschutzschalter einsetzbaren Magnetauslösers vorgesehen. Der Magnet weist zwei eben ausgebildete Polflächen (11a, 11b) auf zum Einspeisen von magnetischem Fluss in ein Joch (9) des magnetischen Kreises. Das Joch (9) enthält zwei voneinander magnetisch isolierte Bleche (7, 8). Der Permanentmagnet (11) weist die Form eines Prismatoids auf mit zwei gegeneinander geneigt angeordneten und als Polflächen (11a, 11b) dienenden, ebenen Seiten. Der Permanentmagnet (11) lässt sich in einfacher Weise im Joch (9) positionieren und ermöglicht zugleich eine besonders gute Einspeisung des magnetischen Flusses in das Joch (9) des magnetischen Kreises. Es ist lediglich dafür Sorge zu tragen, dass die Jochbleche (7, 8) gegeneinander geneigt angeordnete und als Einkopplungsstellen für den magnetischen Fluss dienende Schenkel (7b, 8a) mit ebenen Auflageflächen für den Permanentmagneten (11) aufweisen. <IMAGE>

Description

TECHNISCHES GEBIET
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Permanentmagneten für den magnetischen Kreis eines vorzugsweise in einem Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter) einsetzbaren Magnetauslösers. Ein solcher Permanentmagnet speist magnetischen Fluss in ein von zwei magnetisch gegeneinander isolierten Blechen gebildetes Joch des magnetischen Kreises ein. Das Joch ist im allgemeinen U-förmig ausgebildet. Die Enden des U werden im geschlossenen Zustand des magnetischen Kreises von einem Klappanker überbrückt. Beim Auftreten einer Auslösegrösse, etwa eines Fehlerstroms, wird in eine auf einen der beiden Schenkel des U gesteckte Auslösespule ein Signal eingespeist. Dieses Signal erzeugt in der Auslösespule einen magnetischen Fluss, welcher den von Permanentmagneten erzeugten magnetischen Dauerfluss am Ort des Ankers schwächt. Der von einer vorgespannten Feder belastete Anker wird bei der Schwächung des magnetischen Dauerflusses vom Joch abgehoben und um eine Lagerachse geschwenkt. Hierbei löst er einen Stössel zur mechanischen Betätigung eines Gerätes aus. Bei einem FI-Schalter wirkt dieser Stössel auf ein Schaltschloss, welcher das Öffnen einer Kontaktanordnung des FI-Schalters veranlasst.
STAND DER TECHNIK
Die Erfindung nimmt auf einen Stand der Technik von Permanentmagneten für den magnetischen Kreis eines Magnetauslösers Bezug, wie er etwa in EP-B1-0 228 345 veröffentlicht ist. In dieser Veröffentlichung beschriebene Permanentmagnete sind zylindrisch oder quaderförmig ausgebildet. Sie sind jeweils zwischen zwei je eine Einkopplungsstelle aufweisenden und durch ein magnetisch schlecht leitendes Diaphragma voneinander magnetisch isolierten Blechen eines Jochs angeordnet. Das Joch ist Bestandteil des magnetischen Kreises eines in einem FI-Schalter verwendeten Magnetauslösers. Das Positionieren dieser Magnete an den Einkopplungsstellen ist relativ aufwendig. Da hierbei zudem Luftspalte nicht mit Sicherheit auszuschliessen sind, müssen die Magnete in der Fertigung im allgemeinen überdimensioniert werden.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Permanentmagneten der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher sich in einfacher Weise im Joch positionieren lässt und welcher zugleich eine besonders gute Einspeisung des magnetischen Flusses in das Joch des magnetischen Kreises ermöglicht.
Der Permanentmagnet nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass er wegen seiner gegeneinander geneigt angeordneten, ebenen Polflächen problemlos an die Einkopplungsstellen der beiden Jochbleche angepasst werden kann. Die Einkopplungsstellen sind entsprechend dem Neigungswinkel der Polflächen gegeneinander abgewinkelt und gleichfalls eben auszubilden. Der Permanentmagnet positioniert sich dann nach seinem Einbau in das Joch selbsttätig, da er durch die Wirkung des im magnetischen Kreis geführten Dauerflusses mit seinen beiden gegeneinander geneigt angeordneten, ebenen Polflächen an die komplementär geneigten, ebenen Einkopplungsstellen des Jochs gepresst wird. Nicht zu vermeidende Luftspalte zwischen den Polflächen des Magneten und den zugeordneten Auflageflächen der Einkopplungsstellen des Jochs werden so erheblich reduziert. Daher wird die Einkopplung des magnetischen Dauerflusses in das Joch wesentlich verbessert. Zugleich wird der unerwünschte magnetische Streufluss äusserst gering gehalten. Eine Fixierung des Permanentmagneten sowie aufwendige Justierarbeiten entfallen, da sich der Magnet selbsttätig in die richtigen Position bringt. Zudem ist nun die Vorzugsrichtung des Magneten leicht zu erkennen und kann der Magnet zudem isotrop oder anisotrop ausgeführt sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
Fig.1
eine Explosionsdarstellung eines Magnetauslösers für einen FI-Schalter mit einem Permanentmagneten nach der Erfindung, und
Fig.2
eine perspektivische Ansicht des Magnetauslösers gemäss Fig.1 nach dem Entfernen eines Teils seines Gehäuses.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In beiden Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Teile. Der in Fig.1 in Explosionsdarstellung gezeigte Magnetauslöser weist ein aus einem wannenförmigen Boden 1 und einem Deckel 2 bestehendes Isolierstoffgehäuse auf. Im Deckel 2 ist eine Öffnung 3 vorgesehen, welche der vertikalen Führung eines zylinderförmigen Stössels 4 dient. Der Stössel 4 weist ein verdicktes unteres Ende auf, welches auf einem quaderförmig ausgebildeten Anker 5 eines magnetischen Kreises aufsitzt. Das nach oben gerichtete Ende des Stössels 4 wirkt über ein nicht dargestelltes Schaltschloss auf eine Kontaktanordnung eines nicht dargestellten FI-Schalters.
Der magnetische Kreis weist ferner ein zwei Bleche 7, 8 enthaltendes, U-förmig ausgebildetes Joch 9 auf. Die beiden Jochbleche sind mit Hilfe eines aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise einer Nickellegierung, bestehenden Bolzens 10 etwa durch Schweissen in einem Abstand von typischerweise 50 bis 100 µm zueinander fixiert. Durch zusätzliche magnetisch nichtleitende Schweiss- Löt- oder Klebstellen kann die mechanische Stabilität des Jochs 9 erhöht werden. Der durch den Abstand gebildete Luftspalt übernimmt die Funktion eines sonst üblicherweise verwendeten, folienförmig ausgebildeten Diaphragmas.
Die beiden Jochbleche 7, 8 sind jeweils derart abgewinkelt, dass das Joch 9 im Bereich der Abwinkelung V-Profil aufweist. Zwischen den beiden eben ausgebildeten Schenkeln 7b, 8a des V-Profils ist ein obeliskförmig ausgebildeter Permanentmagnet 11 mit ebenen Polflächen 11a, 11b angeordnet. Die beiden Polfläche 11a, 11b liegen jeweils an je einem der beiden Schenkel 8a, 7b des Jochs 9 an. Der den Permanentmagneten 11 bildende Obelisk weist neben den beiden Polfächen 11a und 11b zwei an die beiden Polflächen anschliessende, trapezförmige Seitenflächen sowie zwei parallel zueinander ausgerichtete, rechteckige Flächen auf, von denen eine kleinere die Deckfläche und eine grössere die Grundfläche des Obelisken darstellt. Die beiden trapezförmigen Seitenflächen sind parallel zueinander und senkrecht zur Grund- und zur Deckfläche ausgerichtet. Die Polflächen 11a, 11b sind daher jeweils rechteckig oder quadratisch ausgebildet.
Mit dem Bezugszeichen 12 ist ein Zwischenboden aus Isolierstoff bezeichnet. Dieser Zwischenboden weist auf seiner Oberseite zwei zueinander parallel verlaufende Stege 13, 14 auf. Zwischen den beiden Stegen ist eine nicht bezeichnete Öffnung sowie eine ebenfalls nicht bezeichnete Materialaussparung vorgesehen, welcher der Durchführung der Endabschnitte des im Joch 9 enthaltenden U dienen. Auf einem vom Jochblech 7 gebildeten Schenkel 15 des U ist eine von einem elektrischen Signal erregbare Auslösespule 16 gesteckt. Diese Auslösespule wird mit Hilfe von zwei durch den Boden 1 geführten Stromanschlüssen 17 mit elektrischer Leistung versorgt, welche beim Auftreten eines Fehlerstroms in einem Summenstromwandler gebildet wird.
Mit dem Bezugszeichen 18 ist ein als Doppelfeder ausgeführtes Federelement bezeichnet. Dieses Federelement 18 enthält zwei zylindrische, spiegelsymmetrisch angeordnete Schraubenfedern 19, 20 mit typischerweise jeweils bis zu 10 Windungen. Jede Feder 19 bzw. 20 ist in einer Materialausnehmung 21 bzw. 22 gelagert, welche in den Steg 13 bzw. 14 eingeformt ist. Das Federelement 18 belastet den Anker 5 vor dem Auslösen des Magnetauslösers mit einer Vorspannkraft.
Der Anker 5 liegt vor dem Auslösen des Magnetauslösers auf den Enden des U auf. Der Anker 5 ist dann durch das Federelement 18 mit einer Vorspannkraft belastet. Der magnetische Kreis ist geschlossen und der magnetische Dauerfluss wird vom Permanentmagneten 11 über das Jochblech mit seinem als Einkopplungsstelle wirkenden Schenkel 7b und seinem Schenkel 15, den Anker 5 und das Jochblech 8 mit seinem als Einkopplungsstelle wirkenden Schenkel 8a zurück zum Permanentmagneten geführt. Beim Auftreten eines Fehlerstroms schwächt das magnetische Feld eines in die Auslösespule 16 eingespeisten Stromsignals das Feld des magnetischen Kreises im Bereich des Ankers 5. Der Anker 5 wird unter der Wirkung des Federelements 18 gekippt und führt - wie aus Fig.2 ersichtlich ist - den Stössel nach oben, welcher sodann durch Aufschlagen auf das nicht dargestellte Schaltschloss ein Ausschalten des FI-Schutzschalters bewirkt.
Durch die obeliskförmige Ausbildung des Permanentmagneten 11 wird der magnetische Dauerfluss besonders gut und ohne wesentliche Streuverluste ins Joch 9 eingekoppelt. Dies ist eine Folge der beiden gegeneinander geneigt angeordneten Polflächen. Durch das Zusammenwirken der beiden Polflächen 11a und 11b und der beiden V-förmig abgewinkelten, ebenen Schenkel 8a und 7b des Jochs 9 positionieert sich der Permanentmagnet 11 selbsttätig und ohne zusätzliche Hilfsmittel in die richtigen Lage. Hierbei ist es von Vorteil, dass der Permanentmagnet als Obelisk ausgebildet ist und zwei trapezförmige Seitenflächen aufweist, da der Permanentmagnet dann problemlos ins V-Profil eingeführt werden kann.
Fertigungstechnisch noch einfacher lässt sich ein als Keil ausgeführter Permanentmagnet herstellen, doch ist dann dafür Sorge zu tragen, dass die Spitze des Keils zwischen den an den beiden Schenkeln 7b und 8a ansetzenden Teilen der Jochbleche 7 und 8 ausreichend Platz hat.
Die beim Obelisk bzw. Keil an die beiden Polflächen 11a und 11b anschliessenden trapez- bzw. dreieckförmigen Seitenflächen müssen nicht notwendigerweise eben, sondern können auch gebogen ausgebildet sein. Entsprechendes gilt auch für die Grundfläche des Obelisks bzw. des Keils. Der Permanentmagnet 11 muss daher nicht notwendigerweise als Obelisk oder Keil ausgeführt sein, sondern kann auch ein Prismatoid mit zwei gegeneinander gewinkelten, ebenen Polflächen 11a und 11b sein. Die trapezförmigen Seitenflächen des Obelisken bzw. die dreieckförmigen Seitenflächen des Keils können gleichschenkelig oder ungleichschenkelig ausgeführt und gegebenenfalls gegenüber der Grundfläche geneigt angeordnet sein. Aus fertigungstechnischen Gründen und aus Gründen einer guten Einspeisung des magnetischen Flusses in das Joch empfiehlt es sich jedoch, einen regelmässig ausgebildeten Obelisken bzw. Keil mit senkrecht zur Grundfläche angeordneten trapez- bzw. dreieckförmigen Seitenflächen vorzusehen.
Der Winkel zwischen den beiden Polflächen 11 sollte nicht zu stumpf sein, da dann eine gute Positionierbarkeit nicht mehr gewährleistet ist. Andererseits darf der Winkel aber auch nicht zu spitz gewählt werden, da die Energiedichte des Magneten 11 dann zu gering ist und dementsprechend zu wenig Energie in den magnetischen Kreis eingespeist wird. Zu empfehlen ist ein Winkel zwischen 60° und 120°.
Die beiden Jochbleche 7, 8 müssen nicht notwendigerweise V-förmig abgewinkelt sein. Es reicht aus, wenn das eine Jochblech eben und das andere Jochblech gewinkelt ausgebildet ist. Wichtig ist nur, dass der so beim Zusammenfügen der beiden Jochbleche gebildete Winkel zwischen den beiden Blechen dem Neigungswinkel zwischen den beiden Polfläche des Permanentmagneten entspricht.
Bezugszeichenliste
1
Boden
2
Deckel
3
Öffnung
4
Stössel
5
Anker
7, 8
Jochbleche
9
Joch
10
Bolzen
11
Permanentmagnet
12
Zwischenboden
13, 14
Stege
15
Schenkel
16
Auslösespule
17
Stromanschlüsse
18
Federelement
19, 20
gewundene Biegefedern
21, 22
Materialausnehmungen

Claims (4)

  1. Permanentmagnet (11) für den magnetischen Kreis eines vorzugsweise in einem Fehlerstromschutzschalter einsetzbaren Magnetauslösers mit zwei eben ausgebildeten Polflächen (11a, 11b) zum Einspeisen von magnetischem Fluss in ein zwei voneinander magnetisch isolierte Bleche (7, 8) enthaltendes Joch (9) des magnetischen Kreises, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (11) die Form eines Prismatoids aufweist mit zwei gegeneinander geneigt angeordneten und als Polflächen (11a, 11b) dienenden, ebenen Seiten.
  2. Permanentmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Prismatoid keilförmig ausgebildet ist.
  3. Permanentmagnet nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Prismatoid obeliskförmig ausgebildet ist.
  4. Permanentmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Polflächen (11a, 11b) um 60° bis 120° gegeneinander geneigt angeordnet sind.
EP97810590A 1996-09-12 1997-08-21 Permanentmagnet für den magnetischen Kreis eines vorzugsweise in einem Fehlerstromschutzschalter einsetzbaren Magnetauslösers Expired - Lifetime EP0829895B1 (de)

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