EP0841669A1 - Electromagnetic differential current trip device - Google Patents

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Publication number
EP0841669A1
EP0841669A1 EP97116737A EP97116737A EP0841669A1 EP 0841669 A1 EP0841669 A1 EP 0841669A1 EP 97116737 A EP97116737 A EP 97116737A EP 97116737 A EP97116737 A EP 97116737A EP 0841669 A1 EP0841669 A1 EP 0841669A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
yoke leg
armature
coil
yoke
trigger according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97116737A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Josef Kern
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0841669A1 publication Critical patent/EP0841669A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1607—Armatures entering the winding
    • H01F7/1615—Armatures or stationary parts of magnetic circuit having permanent magnet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/32—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part
    • H01H71/321—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part characterised by the magnetic circuit or active magnetic elements
    • H01H71/322—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part characterised by the magnetic circuit or active magnetic elements with plunger type armature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/121—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position
    • H01F7/122—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position by permanent magnets

Definitions

  • a bistable electromagnet with the structure mentioned at the beginning, designed as a solenoid valve, is from EP-A1-0 643 872 known.
  • the one facing away from the core End section of the anchor from an additional pole tube surround.
  • the aim of the invention is to provide a residual current release to create the type mentioned, as few individual parts as possible owns and is therefore inexpensive to manufacture. Nevertheless, this trigger is said to be highly responsive possess that very precisely without mechanical adjustment work is adjustable.
  • this goal is achieved in that the Armature itself at least partially designed as a permanent magnet and is in the rest position on the first yoke leg holds.
  • Anchor movable in the axial direction is initially omitted an additional permanent magnet and you get one largely symmetrical, easily reproducible magnetic circuit, which closes over the soft magnetic, U-shaped yoke.
  • a coil body carrying the coil can also serve as a guide serve for the permanent magnetic armature, with an annular Projection of the coil body in the opening of the second yoke leg can intervene and thus both the Centered coil as well as the anchor.
  • Pole surfaces of the armature on the one hand and the first Yoke leg is at least one slightly convex designed to concentrate the magnetic flux in the middle.
  • the first yoke leg is preferably used for this purpose crowned on the inside.
  • the second yoke leg after externally guided anchor end operated via an approach Switching element, preferably a circuit breaker.
  • an Approach Switching element preferably a circuit breaker.
  • Such one Actuator can preferably by plastic injection molding or in a similar way to the anchor be connected.
  • a reset lever preferably connected in one piece.
  • This reset lever which in one embodiment a housing protrudes outwards, also acts as a display element for the position of the trigger.
  • an additional one in which The microswitch can be arranged over another Operating arm can be operated.
  • the spring force for preloading the armature in its release position is in an advantageous Embodiment generated by a compression spring, the outside the coil in an annular groove of the actuator guided and supported on the second yoke leg is. It does not take up any space in the magnet effective space inside the coil.
  • the adjustment of the sensitivity of the invention can easily be assembled by applying an external magnetic field to the armature be, by weakening or by strengthening the permanent magnet armature the tolerance of the tripping current Coil is adjusted in a small area. So there are no mechanical adjustment processes required for this.
  • the anchor has only one Part of its axial length is designed as a permanent magnet, while the remaining part, preferably that of the first yoke leg adjacent part that is ferromagnetic. This can the force-displacement curve can be modified, for example, so that an additional force component in the end area of the release movement applied for switching a circuit breaker becomes.
  • the differential current trip shown in Figures 1 and 2 in two views has a magnet system with a one-piece, U-shaped yoke 1, which is a coil 2 with a bobbin 3 encloses.
  • a first yoke leg covers 4 the first, in the illustration lower, end face of the Coil, while a second yoke leg 5 extends across the extends second end face of the coil.
  • This second yoke leg 5 has a central opening 6, in which the bobbin 3 is centered with an annular projection 7 becomes.
  • An axial through opening 8 of the coil or of the bobbin 3 is thus aligned with the opening 6.
  • In it is a cylindrical, permanently magnetic core as an anchor 9 movably guided in the axial direction.
  • the first yoke leg 4 is in its middle, the anchor 9 facing Area 10 is crowned as a pole face for flux concentration. Due to the axial magnetization of the permanent magnet Anchor 9 brings this over its end face 11 Holding force to the pole face 10 of the yoke 1. The magnetic Return takes place over the three sections of the yoke 1 and over the annular small air gap 12 in the yoke bore 6 to the other pole side of the armature.
  • the function of the trigger according to the invention results from the structure described.
  • the permanent magnet Armature 9 by its own permanent magnetic force over the Pole surface 10 held on the yoke leg 4.
  • the power of Permanent magnetic armature 9 overcomes the spring force the compression spring 19.
  • the coil 2, with its connections 26 is switched on in a circuit to be monitored initially without power. However, if a fault current occurs in the network, the coil 2 is energized and it generates a magnetic counterflow to the permanent magnetic flux of the armature 9.
  • the holding force is no longer sufficient, and the energy accumulator in the form of the compression spring 19 presses it Release member 15 with the armature away from the yoke leg 4 above, so that it over the plunger 16 the not shown Circuit breaker actuated.
  • the dash-dotted line 27 indicates the trigger position of the plunger 16.
  • the permanent magnetic circuit may be used for low-power tripping only a small excess of power to the counteracting Lift mechanism, i.e. the compression spring 19 have.
  • This Excess force must be the vibration and shock resistance and Function by the thermal influence (with different Use and at different operating temperatures).
  • Adjustment of the permanent magnet armature 9 by a external magnetic field By weakening or strengthening the permanent magnetic armature the tolerance of Tripping current of the coil 2 adjusted in a small area will.
  • FIG. 4 shows a force-displacement characteristic of a release system indicated in Figure 1.
  • the force F is in each case plotted over the path S that the anchor or the actuator travels.
  • the curve f shows the Force-displacement curve of the spring force of the compression spring 19
  • the curve l shows the course of a tripping characteristic of a circuit breaker
  • curve a is the available one Triggers represents that of the counteracting Forces of the permanent magnet armature and the compression spring result.
  • the compression spring 19 has a linear Force-displacement characteristics f. That is, the greater the deflection of the actuating plunger 16 or the actuating member 15, the smaller the force to trip a circuit breaker.
  • its power requirement usually requires (opposite to the tappet force) an increasing force curve to switch through.
  • this problem with a tension spring solved a lever transmission with friction. Otherwise there is a risk, as shown in Figure 4, that the curve a in the final stage of the release movement under curve 1 (area X) and may no longer drop the circuit breaker can switch through fully.
  • the anchor structure can be according to Figure 3 can be modified.
  • the anchor is 9 in its axial direction in a permanently magnetic section 29 and divides a ferromagnetic section 28.
  • the two Cylinder sections 28 and 29 of the armature 9 are with a thin-walled sleeve 30 connected in the present example integrally connected to the actuator 15 by injection molding is.
  • the sectional view in Figure 3 shows in the left half of the anchor 9 while in the rest position the right half is shown in the release position. in the the rest of the trigger is constructed exactly as in Figure 1, see above that a description of the remaining parts is unnecessary.
  • the flow profile of the permanent magnetic flux is also shown schematically in FIG indicated.
  • the flow course ⁇ 1 shown at rest It closes the permanent magnetic flux of the permanent magnetic section 29 at rest from the north pole N via the ferromagnetic Section 28 and the yoke 1 as well as the ring air gap 12 to the south pole S of the permanent magnetic section 29.
  • the spring characteristic is based on an arrangement Figure 3 shown.
  • curve f denotes again the force-displacement curve of the compression spring 19, while the Curve l the required operating force of the circuit breaker indicates.
  • the resulting force of the trigger follows with its first part a1 the curve a from FIG. 4, while in a second part a2 due to the additional flow ⁇ 2 an increase in the release force occurs with which the force 1 of the circuit breaker is overcome in this area becomes.

Abstract

Der Differenzstrom-Auslöser besitzt eine Spule (2) mit einem U-förmigen Joch (1,4,5). Im Inneren der Spule ist axial beweglich ein dauermagnetischer Anker (9) geführt, der im Ruhezustand entgegen der Kraft einer Druckfeder (19) den Anker an einem Jochschenkel (4) festhält, während bei Auslösung durch einen Differenzstrom in der Spule die Druckfeder (19) über ein Betätigungsorgan (15) einen Leistungsschalter betätigt. Der Differenzstrom-Auslöser benötigt nur wenige einfache Teile und kann auf einfache Weise magnetisch abgeglichen werden. <IMAGE>The residual current release has a coil (2) with a U-shaped yoke (1,4,5). A permanently magnetic armature (9) is guided in an axially movable manner inside the coil, which in the rest state holds the armature against a yoke leg (4) against the force of a compression spring (19), while when triggered by a differential current in the coil, the compression spring (19) actuated a circuit breaker via an actuator (15). The residual current release requires only a few simple parts and can be magnetically adjusted in a simple manner. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Differenzstrom-Auslöser mit

  • einer Spule,
  • einem U-förmigen Joch, das mit einem ersten Jochschenkel eine erste Stirnseite und mit einem zweiten Jochschenkel die zweite Stirnseite der Spule überdeckt, wobei der zweite Jochschenkel einen zur Spule koaxialen Durchbruch aufweist,
  • einem innerhalb der Spule axial beweglich angeordneten, durch den Durchbruch des zweiten Jochschenkels geführten Anker, der durch die Kraft eines Dauermagneten entgegen der Kraft einer Feder in einer Ruheposition am ersten Jochschenkel gehalten wird und der nach Auslösung über einen Spulenstrom durch die Federkraft in eine von dem ersten Jochschenkel abgehobene Auslöseposition gezogen wird.
The invention relates to an electromagnetic residual current release
  • a coil,
  • a U-shaped yoke which covers a first end face with a first yoke leg and the second end face with a second yoke leg, the second yoke leg having an opening which is coaxial to the coil,
  • an axially movably arranged within the coil, guided by the opening of the second yoke leg, which is held by the force of a permanent magnet against the force of a spring in a rest position on the first yoke leg and which after tripping via a coil current by the spring force into one of the first raised yoke leg is pulled trigger position.

Ein bistabiler Elektromagnet mit dem eingangs genannten Aufbau, dort als Magnetventil gestaltet, ist aus der EP-A1-0 643 872 bekannt. Dort ist im Spuleninneren ein ferromagnetischer, zylindrischer Anker angeordnet, der mit seinem aus der Spule herausragenden Ende ein Ventil betätigt. Zusätzlich zum Anker ist dort in einem Endabschnitt des Spuleninnenraums ein feststehender Kern vorgesehen, der in einem Hohlraum einen beweglichen Dauermagneten enthält. Außerdem ist der vom Kern abgewandte Endabschnitt des Ankers von einem zusätzlichen Polrohr umgeben. Somit besitzt der bekannte bistabile Elektromagnet eine relativ große Anzahl von Einzelteilen, die nicht nur Platz benötigen, sondern auch einen entsprechenden Fertigungs- und Montageaufwand erfordern.A bistable electromagnet with the structure mentioned at the beginning, designed as a solenoid valve, is from EP-A1-0 643 872 known. There is a ferromagnetic inside the coil cylindrical armature arranged with its out of the coil protruding end operated a valve. In addition to the anchor there is a fixed one in an end section of the coil interior Core provided that a movable in a cavity Contains permanent magnets. In addition, the one facing away from the core End section of the anchor from an additional pole tube surround. Thus, the well-known bistable electromagnet has a relatively large number of items that not only Need space, but also require a corresponding manufacturing and assembly effort.

Ziel der Erfindung ist es, einen Differenzstrom-Auslöser der eingangs genannten Art zu schaffen, der möglichst wenig Einzelteile besitzt und dadurch kostengünstig zu fertigen ist. Trotzdem soll dieser Auslöser eine hohe Ansprechempfindlichkeit besitzen, die ohne mechanische Justierarbeit sehr genau einstellbar ist.The aim of the invention is to provide a residual current release to create the type mentioned, as few individual parts as possible owns and is therefore inexpensive to manufacture. Nevertheless, this trigger is said to be highly responsive possess that very precisely without mechanical adjustment work is adjustable.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß der Anker selbst zumindest teilweise als Dauermagnet ausgebildet ist und sich selbst in der Ruheposition an dem ersten Jochschenkel hält.According to the invention this goal is achieved in that the Armature itself at least partially designed as a permanent magnet and is in the rest position on the first yoke leg holds.

Durch die dauermagnetische Ausbildung des innerhalb des Spulenrohres in Axialrichtung beweglichen Ankers entfällt zunächst ein zusätzlicher Dauermagnet, und man erhält einen weitgehend symmetrischen, gut reproduzierbaren Magnetkreis, der sich über das weichmagnetische, U-förmige Joch schließt. Ein die Spule tragender Spulenkörper kann zugleich als Führung für den dauermagnetischen Anker dienen, wobei ein ringförmiger Vorsprung des Spulenkörpers in den Durchbruch des zweiten Jochschenkels eingreifen kann und damit sowohl die Spule als auch den Anker zentriert. Von den einander gegenüberstehenden Polflächen des Ankers einerseits und des ersten Jochschenkels andererseits ist zumindest eine leicht konvex gestaltet, um den Magnetfluß in der Mitte zu konzentrieren. Vorzugsweise wird zu diesem Zweck der erste Jochschenkel nach innen ballig geprägt. Das durch den zweiten Jochschenkel nach außen geführte Ankerende betätigt über einen Ansatz ein Schaltelement, vorzugsweise einen Leistungsschalter. Ein solches Betätigungsorgan kann vorzugsweise durch Kunststoffumspritzung oder auf eine vergleichbare Weise mit dem Anker verbunden sein. Mit diesem Betätigungsorgan ist zweckmäßigerweise auch ein Rücksetzhebel, vorzugsweise einstückig verbunden. Dieser Rücksetzhebel, der in einer Ausgestaltung durch ein Gehäuse nach außen ragt, wirkt zugleich als Anzeigeorgan für die Position des Auslösers. Auch ein zusätzlicher, in dem Gehäuse angeordneter Mikroschalter kann über einen weiteren Betätigungsarm betätigt werden. Die Federkraft zur Vorspannung des Ankers in seine Auslöseposition wird in einer vorteilhaften Ausführungsform von einer Druckfeder erzeugt, die außerhalb der Spule in einer ringförmigen Nut des Betätigungsorgans geführt und an dem zweiten Jochschenkel abgestützt ist. Sie beansprucht damit keinen Platz in dem magnetisch wirksamen Raum im Spuleninneren.Due to the permanent magnetic formation within the coil tube Anchor movable in the axial direction is initially omitted an additional permanent magnet and you get one largely symmetrical, easily reproducible magnetic circuit, which closes over the soft magnetic, U-shaped yoke. A coil body carrying the coil can also serve as a guide serve for the permanent magnetic armature, with an annular Projection of the coil body in the opening of the second yoke leg can intervene and thus both the Centered coil as well as the anchor. Of the opposing ones Pole surfaces of the armature on the one hand and the first Yoke leg, on the other hand, is at least one slightly convex designed to concentrate the magnetic flux in the middle. The first yoke leg is preferably used for this purpose crowned on the inside. The second yoke leg after externally guided anchor end operated via an approach Switching element, preferably a circuit breaker. Such one Actuator can preferably by plastic injection molding or in a similar way to the anchor be connected. With this actuator is appropriate also a reset lever, preferably connected in one piece. This reset lever, which in one embodiment a housing protrudes outwards, also acts as a display element for the position of the trigger. Also an additional one in which The microswitch can be arranged over another Operating arm can be operated. The spring force for preloading the armature in its release position is in an advantageous Embodiment generated by a compression spring, the outside the coil in an annular groove of the actuator guided and supported on the second yoke leg is. It does not take up any space in the magnet effective space inside the coil.

Die Einstellung der Ansprechempfindlichkeit des erfindungsgemäßen Auslösers kann auf einfache Weise nach dem Zusammenbau durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes an den Anker vorgenommen werden, wobei durch Schwächung bzw. durch Stärkung des dauermagnetischen Ankers die Toleranz des Auslösestroms der Spule in einem kleinen Bereich angeglichen wird. Es sind also keinerlei mechanische Justiervorgänge hierzu erforderlich. Um die Ansprechcharakteristik des Auslösers zusätzlich zu beeinflussen, kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch vorgesehen werden, daß der Anker nur über einen Teil seiner axialen Länge als Dauermagnet ausgebildet ist, während der restliche Teil, vorzugsweise der dem ersten Jochschenkel benachbarte Teil, ferromagnetisch ist. Dadurch kann die Kraft-Weg-Kurve beispielsweise so modifiziert werden, daß im Endbereich der Auslösebewegung eine zusätzliche Kraftkomponente zum Durchschalten eines Leistungsschalters aufgebracht wird.The adjustment of the sensitivity of the invention The trigger can easily be assembled by applying an external magnetic field to the armature be, by weakening or by strengthening the permanent magnet armature the tolerance of the tripping current Coil is adjusted in a small area. So there are no mechanical adjustment processes required for this. To additionally influence the response characteristics of the trigger, can in a further embodiment of the invention also be provided that the anchor has only one Part of its axial length is designed as a permanent magnet, while the remaining part, preferably that of the first yoke leg adjacent part that is ferromagnetic. This can the force-displacement curve can be modified, for example, so that an additional force component in the end area of the release movement applied for switching a circuit breaker becomes.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

  • Figur 1 einen erfindungsgemäßen Differenzstrom-Auslöser in einem Schnitt längs der Spulenachse,
  • Figur 2 eine um 90° gedrehte Ansicht des Auslösers von Figur 1, jedoch nur teilweise geschnitten,
  • Figur 3 eine Ansicht eines etwas abgewandelten Magnetsystems in einer Figur 1 entsprechenden Schnittansicht, wobei der Anker teils in Ruhestellung, teils in Auslösestellung gezeigt ist,
  • Figur 4 eine Kraft-Weg-Darstellung für ein Auslösesystem gemäß Figur 1,
  • Figur 5 eine Kraft-Weg-Darstellung für ein Auslösesystem gemäß Figur 3.
    • The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawing. It shows
  • 1 shows a differential current release according to the invention in a section along the coil axis,
  • FIG. 2 shows a view of the trigger from FIG. 1 rotated by 90 °, but only partially cut,
  • 3 shows a view of a somewhat modified magnet system in a sectional view corresponding to FIG. 1, the armature being shown partly in the rest position, partly in the release position,
  • FIG. 4 shows a force-displacement representation for a triggering system according to FIG. 1,
  • 5 shows a force-displacement representation for a triggering system according to FIG. 3.

    • Der in den Figuren 1 und 2 in zwei Ansichten gezeigte Differenzstrom-Auslöser besitzt ein Magnetsystem mit einem einteiligen, U-förmigen Joch 1, das eine Spule 2 mit einem Spulenkörper 3 umschließt. Dabei überdeckt ein erster Jochschenkel 4 die erste, in der Darstellung untere, Stirnseite der Spule, während ein zweiter Jochschenkel 5 sich quer über der zweiten Stirnseite der Spule erstreckt. Dieser zweite Jochschenkel 5 besitzt einen zentralen Durchbruch 6, in welchem der Spulenkörper 3 mit einem ringförmigen Vorsprung 7 zentriert wird. Eine axiale Durchgangsöffnung 8 der Spule bzw. des Spulenkörpers 3 ist damit zum Durchbruch 6 ausgerichtet. In ihr ist ein zylindrischer, dauermagnetischer Kern als Anker 9 in Axialrichtung beweglich geführt. Der erste Jochschenkel 4 ist in seinem mittleren, dem Anker 9 zugewandten Bereich 10 als Polfläche zur Flußkonzentration ballig geprägt. Durch die axiale Aufmagnetisierung des dauermagnetischen Ankers 9 bringt dieser über seine Stirnfläche 11 die Haltekraft zur Polfläche 10 des Joches 1 auf. Die magnetische Rückführung erfolgt über die drei Abschnitte des Joches 1 und über den ringförmigen geringen Luftspalt 12 in der Jochbohrung 6 auf die andere Polseite des Ankers.The differential current trip shown in Figures 1 and 2 in two views has a magnet system with a one-piece, U-shaped yoke 1, which is a coil 2 with a bobbin 3 encloses. A first yoke leg covers 4 the first, in the illustration lower, end face of the Coil, while a second yoke leg 5 extends across the extends second end face of the coil. This second yoke leg 5 has a central opening 6, in which the bobbin 3 is centered with an annular projection 7 becomes. An axial through opening 8 of the coil or of the bobbin 3 is thus aligned with the opening 6. In it is a cylindrical, permanently magnetic core as an anchor 9 movably guided in the axial direction. The first yoke leg 4 is in its middle, the anchor 9 facing Area 10 is crowned as a pole face for flux concentration. Due to the axial magnetization of the permanent magnet Anchor 9 brings this over its end face 11 Holding force to the pole face 10 of the yoke 1. The magnetic Return takes place over the three sections of the yoke 1 and over the annular small air gap 12 in the yoke bore 6 to the other pole side of the armature.

    Das durch den Jochschenkel 5 geführte Ende 13 des Ankers 9 ist mit Kerben 14 versehen, wodurch ein durch Umspritzen des Ankerendes geformtes Betätigungsorgan 15 fest mit dem Anker verbunden ist. Dieses Betätigungsorgan ist einstückig aus thermo- oder duroplastischem Kunststoff geformt und besitzt verschiedene Funktionen:

    • Ein Stößel 16 ist als Verlängerung in axialer Richtung angeformt und dient zur Auslösung eines nicht dargestellten Leistungsschalters.
    • Ein umlaufender, tellerförmiger Kragen 17 besitzt eine Ringnut 18. Diese Ringnut 18 dient zur Zentrierung und als Widerlager für einen Kraftspeicher in Form einer Druckfeder 19. Diese Druckfeder 19 stützt sich mit ihrem unteren Ende rund um die Kerndurchführung 6 auf dem zweiten Jochschenkel 5 des Joches 1 ab.
    • Ein einseitig angeformter Rückstellhebel 20 ragt durch ein Fenster 21 eines den Auslöser aufnehmenden Gehäuses 22 und dient zugleich zur optischen Erkennung des Schaltzustandes sowie zum manuellen Zurücksetzen des Auslösers.
    • Ein weiterer, nach unten vorstehender Betätigungsarm 23 des Rücksetzhebels 20 betätigt zusätzlich einen Kontaktsatz zur elektrischen Erkennung des Schaltzustandes. In dem dargestellten Beispiel ist dieser Kontaktsatz in einem Mikroschalter 24 enthalten, auf dessen Schalthebel 25 der Betätigungsarm 23 einwirkt. Im Auslösezustand steht der Betätigungsarm 23 nicht in Eingriff mit dem Mikroschalter, d.h., daß ein in ihm vorgesehener Ruhekontakt geschlossen ist.
    The end 13 of the armature 9 which is guided through the yoke leg 5 is provided with notches 14, as a result of which an actuating member 15 which is formed by extrusion coating of the armature end is firmly connected to the armature. This actuator is molded in one piece from thermoplastic or thermosetting plastic and has various functions:
    • A plunger 16 is formed as an extension in the axial direction and is used to trip a circuit breaker, not shown.
    • A circumferential, plate-shaped collar 17 has an annular groove 18. This annular groove 18 serves for centering and as an abutment for an energy store in the form of a compression spring 19. This compression spring 19 is supported with its lower end around the core passage 6 on the second yoke leg 5 of the yoke 1 from.
    • A reset lever 20 formed on one side protrudes through a window 21 of a housing 22 accommodating the release and at the same time serves for the optical detection of the switching state and for manual resetting of the release.
    • Another actuating arm 23 of the reset lever 20, which projects downward, additionally actuates a contact set for electrical detection of the switching state. In the example shown, this contact set is contained in a microswitch 24, on the switching lever 25 of which the actuating arm 23 acts. In the tripped state, the actuating arm 23 is not in engagement with the microswitch, ie that a normally closed contact provided in it is closed.

    Die Funktion des erfindungsgemäßen Auslösers ergibt sich aus dem beschriebenen Aufbau. Im Ruhezustand wird der dauermagnetische Anker 9 durch seine eigene Dauermagnetkraft über die Polfläche 10 an dem Jochschenkel 4 gehalten. Die Kraft des dauermagnetischen Ankers 9 überwindet dabei die Federkraft der Druckfeder 19. Die Spule 2, die mit ihren Anschlüssen 26 in einen zu überwachenden Kreis eingeschaltet ist, ist dabei zunächst stromlos. Tritt aber im Netz ein Fehlstrom auf, wird die Spule 2 erregt, und sie erzeugt einen magnetischen Gegenfluß zum Dauermagnetfluß des Ankers 9. Durch die Schwächung des Dauermagnetflusses reicht die Haltekraft nicht mehr aus, und der Kraftspeicher in Form der Druckfeder 19 drückt das Auslöseorgan 15 mit dem Anker vom Jochschenkel 4 weg nach oben, so daß er über den Stößel 16 den nicht dargestellten Leistungsschalter betätigt. Die strichpunktierte Linie 27 deutet die Auslöseposition des Stößels 16 an.The function of the trigger according to the invention results from the structure described. In the idle state, the permanent magnet Armature 9 by its own permanent magnetic force over the Pole surface 10 held on the yoke leg 4. The power of Permanent magnetic armature 9 overcomes the spring force the compression spring 19. The coil 2, with its connections 26 is switched on in a circuit to be monitored initially without power. However, if a fault current occurs in the network, the coil 2 is energized and it generates a magnetic counterflow to the permanent magnetic flux of the armature 9. Through the weakening of the permanent magnetic flux, the holding force is no longer sufficient, and the energy accumulator in the form of the compression spring 19 presses it Release member 15 with the armature away from the yoke leg 4 above, so that it over the plunger 16 the not shown Circuit breaker actuated. The dash-dotted line 27 indicates the trigger position of the plunger 16.

    Für eine leistungsarme Auslösung darf der Dauermagnetkreis nur einen kleinen Kraftüberschuß zu dem entgegenwirkenden Kraftspeicher, d.h. der Druckfeder 19, haben. Dieser Kraftüberschuß muß die Schwing- und Stoßfestigkeit und die Funktion durch den thermischen Einfluß (bei unterschiedlichem Einsatz und bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen) gewährleisten. Um die Fertigungsstreuungen (Toleranzen des Magnet- und Spulenkreises und des Kraftspeichers) auszugleichen, erfolgt nach der Montage des Schnellauslösers ein magnetischer Abgleich des dauermagnetischen Ankers 9 durch ein von außen angelegtes Magnetfeld. Somit kann durch Schwächung bzw. Stärkung des dauermagnetischen Ankers die Toleranz des Auslösestroms der Spule 2 in einem kleinen Bereich abgeglichen werden.The permanent magnetic circuit may be used for low-power tripping only a small excess of power to the counteracting Lift mechanism, i.e. the compression spring 19 have. This Excess force must be the vibration and shock resistance and Function by the thermal influence (with different Use and at different operating temperatures). In order to compensate for the production variations (tolerances of the magnet and coil circuit and the energy accumulator) there is a magnetic after the quick release is installed Adjustment of the permanent magnet armature 9 by a external magnetic field. Thus, through weakening or strengthening the permanent magnetic armature the tolerance of Tripping current of the coil 2 adjusted in a small area will.

    In Figur 4 ist eine Kraft-Weg-Charakteristik eines Auslösesystems gemäß Figur 1 angedeutet. Dabei ist die Kraft F jeweils über dem Weg S aufgetragen, den der Anker bzw. das Betätigungsorgan zurücklegt. In Figur 4 zeigt die Kurve f den Kraft-Weg-Verlauf der Federkraft der Druckfeder 19, die Kurve ℓ zeigt den Verlauf einer Auslösekennlinie eines Leistungsschalters, während die Kurve a die zur Verfügung stehende Auslösekraft darstellt, die aus den gegeneinander wirkenden Kräften des dauermagnetischen Ankers und der Druckfeder resultiert.FIG. 4 shows a force-displacement characteristic of a release system indicated in Figure 1. The force F is in each case plotted over the path S that the anchor or the actuator travels. In Figure 4, the curve f shows the Force-displacement curve of the spring force of the compression spring 19, the curve ℓ shows the course of a tripping characteristic of a circuit breaker, while curve a is the available one Triggers represents that of the counteracting Forces of the permanent magnet armature and the compression spring result.

    Wie in Figur 4 dargestellt, hat die Druckfeder 19 eine lineare Kraft-Weg-Charakteristik f. Das heißt, je größer die Auslenkung des Betätigungsstößels 16 bzw. des Betätigungsorgans 15 ist, desto kleiner wird die Kraft zum Auslösen eines Leistungsschalters. Dessen Kraftbedarf benötigt jedoch üblicherweise (gegenläufig zur Stößelkraft) einen ansteigenden Kraftverlauf zum Durchschalten. Bei bekannten Schnellauslösern wird beispielsweise dieses Problem durch eine Zugfeder mit einer reibungsbehafteten Hebelübersetzung gelöst. Ansonsten besteht die Gefahr, wie in Figur 4 gezeigt, daß die Kurve a im Endstadium der Auslösebewegung unter die Kurve 1 (Bereich X) fällt und unter Umständen den Leistungsschalter nicht mehr voll durchschalten kann.As shown in Figure 4, the compression spring 19 has a linear Force-displacement characteristics f. That is, the greater the deflection of the actuating plunger 16 or the actuating member 15, the smaller the force to trip a circuit breaker. However, its power requirement usually requires (opposite to the tappet force) an increasing force curve to switch through. With known quick releases for example, this problem with a tension spring solved a lever transmission with friction. Otherwise there is a risk, as shown in Figure 4, that the curve a in the final stage of the release movement under curve 1 (area X) and may no longer drop the circuit breaker can switch through fully.

    Um dieses Problem zu überwinden, kann der Ankeraufbau gemäß Figur 3 modifiziert werden. In diesem Fall ist der Anker 9 in seiner Axialrichtung in einen dauermagnetischen Abschnitt 29 und einen ferromagnetischen Abschnitt 28 unterteilt. Die beiden Zylinderabschnitte 28 und 29 des Ankers 9 sind mit einer dünnwandigen Hülse 30 verbunden, die im vorliegenden Beispiel durch Umspritzen einstückig mit dem Betätigungsorgan 15 verbunden ist. Die Schnittdarstellung in Figur 3 zeigt in der linken Hälfte des Ankers 9 diesen in Ruheposition, während die rechte Hälfte in der Auslöseposition dargestellt ist. Im übrigen ist der Auslöser genauso aufgebaut wie in Figur 1, so daß sich eine Beschreibung der restlichen Teile erübrigt.To overcome this problem, the anchor structure can be according to Figure 3 can be modified. In this case, the anchor is 9 in its axial direction in a permanently magnetic section 29 and divides a ferromagnetic section 28. The two Cylinder sections 28 and 29 of the armature 9 are with a thin-walled sleeve 30 connected in the present example integrally connected to the actuator 15 by injection molding is. The sectional view in Figure 3 shows in the left half of the anchor 9 while in the rest position the right half is shown in the release position. in the the rest of the trigger is constructed exactly as in Figure 1, see above that a description of the remaining parts is unnecessary.

    Außerdem ist in Figur 3 schematisch der Flußverlauf des Dauermagnetflusses angedeutet. Im linken Teil der Figur 3 ist der Flußverlauf Φ1 im Ruhezustand gezeigt. Dabei schließt sich der Dauermagnetfluß des dauermagnetischen Teilabschnittes 29 im Ruhezustand vom Nordpol N über den ferromagnetischen Abschnitt 28 und das Joch 1 sowie den Ringluftspalt 12 zum Südpol S des dauermagnetischen Abschnittes 29. Ist aber der Anker aufgrund eines Auslöse-Stromimpulses vom Jochschenkel 4 abgehoben und durch die Druckfeder 19 nach oben bewegt (rechter Teil in Figur 3), so geht nur noch ein Teil des Dauermagnetflusses Φ1 über den ferromagnetischen Abschnitt 28 und das Joch 1, während ein anderer Teil Φ2 des Dauermagnetflusses vom Nordpol N des Dauermagnetabschnitts 29 über den Jochschenkel 5 geht und dabei eine zusätzliche, in Auslöserichtung wirkende Kraft erzeugt, die mit zunehmendem Weg S des Stößels der abnehmenden Federkraft der Druckfeder 19 eine zunehmende Dauermagnetkraft hinzufügt.The flow profile of the permanent magnetic flux is also shown schematically in FIG indicated. In the left part of Figure 3 is the flow course Φ1 shown at rest. It closes the permanent magnetic flux of the permanent magnetic section 29 at rest from the north pole N via the ferromagnetic Section 28 and the yoke 1 as well as the ring air gap 12 to the south pole S of the permanent magnetic section 29. But is the armature due to a trigger current pulse from the yoke leg 4 lifted and moved by the compression spring 19 upwards (right part in Figure 3), so only a part of the permanent magnetic flux Φ1 via the ferromagnetic section 28 and the yoke 1 while another part Φ2 of the permanent magnetic flux from the north pole N of the permanent magnet section 29 over the Yoke leg 5 goes and an additional, in the release direction acting force that increases with increasing path S the plunger of the decreasing spring force of the compression spring 19 a increasing permanent magnetic force adds.

    In Figur 5 ist die Federcharakteristik einer Anordnung nach Figur 3 gezeigt. Wie in Figur 4 bezeichnet die Kurve f wiederum den Kraft-Weg-Verlauf der Druckfeder 19, während die Kurve ℓ die erforderliche Betätigungskraft des Leistungsschalters kennzeichnet. Die resultierende Kraft des Auslösers folgt mit ihrem ersten Teil a1 der Kurve a von Figur 4, während in einem zweiten Teil a2 aufgrund des zusätzlichen Flusses Φ2 eine Erhöhung der Auslösekraft eintritt, mit der auch in diesem Bereich die Kraft 1 des Leistungsschalters überwunden wird.In FIG. 5, the spring characteristic is based on an arrangement Figure 3 shown. As in FIG. 4, curve f denotes again the force-displacement curve of the compression spring 19, while the Curve ℓ the required operating force of the circuit breaker indicates. The resulting force of the trigger follows with its first part a1 the curve a from FIG. 4, while in a second part a2 due to the additional flow Φ2 an increase in the release force occurs with which the force 1 of the circuit breaker is overcome in this area becomes.

    Claims (10)

    Elektromagnetischer Differenzstrom-Auslöser mit einer Spule (2), einem U-förmigen Joch (1,4,5), das mit einem ersten Jochschenkel (4) eine erste Stirnseite (11) und mit einem zweiten Jochschenkel (5) die zweite Stirnseite (13) der Spule (2) überdeckt, wobei der zweite Jochschenkel (5) einen zur Spule koaxialen Durchbruch (6) aufweist, einem innerhalb der Spule (2) axial beweglich angeordneten, durch den Durchbruch (6) des zweiten Jochschenkels (5) geführten Anker (9), der durch die Kraft eines Dauermagneten entgegen der Kraft einer Feder (19) in einer Ruheposition an dem ersten Jochschenkel (4) gehalten wird und nach Auslösung über einen Spulenstrom durch die Federkraft (19) in eine von dem ersten Jochschenkel (4) abgehobene Auslöseposition gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (9) selbst zumindest teilweise als Dauermagnet ausgebildet ist und sich selbst in der Ruheposition an dem ersten Jochschenkel (4) halt.Electromagnetic residual current release with a coil (2), a U-shaped yoke (1,4,5) which covers a first end face (11) with a first yoke leg (4) and the second end face (13) of the coil (2) with a second yoke leg (5), the second yoke leg (5) has an opening (6) coaxial to the coil, an armature (9), which is axially movable within the coil (2) and is guided through the opening (6) of the second yoke leg (5) and which is at rest on the first yoke leg by the force of a permanent magnet against the force of a spring (19) (4) is held and, after triggering via a coil current, is pulled by the spring force (19) into a trigger position lifted off the first yoke leg (4), characterized in that the armature (9) itself is at least partially designed as a permanent magnet and holds itself in the rest position on the first yoke leg (4). Auslöser nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Spulenkörper (3) den Anker führt und in dem Durchbruch (6) des zweiten Jochschenkels (5) zentriert.    Trigger according to claim 1,
    characterized in that a coil former (3) guides the armature and centers it in the opening (6) of the second yoke leg (5).         Auslöser nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die dem ersten Jochschenkel (4) zugewandte Stirnseite (11) des Ankers (9) und/oder die gegenüberliegende Oberfläche (10) des ersten Jochschenkels (4) konvex gewölbt ist.    Trigger according to claim 1 or 2,
    characterized in that the end face (11) of the armature (9) facing the first yoke leg (4) and / or the opposite surface (10) of the first yoke leg (4) is convexly curved.         Auslöser nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß an dem durch den zweiten Jochschenkel (5) ragenden Endabschnitt (13) des Ankers (9) ein Betätigungsorgan (15) befestigt ist, welches einen Kragen (17) mit einer ringförmigen Nut (18) zur Aufnahme einer an dem zweiten Jochschenkel (5) abgestützten Druckfeder (19) zur Erzeugung der Federkraft aufweist.    Trigger according to one of claims 1 to 3,
    characterized in that an actuating member (15) is attached to the end section (13) of the armature (9) protruding through the second yoke leg (5), said actuating member (15) having a collar (17) with an annular groove (18) for receiving one on the second Yoke leg (5) supported compression spring (19) for generating the spring force.         Auslöser nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (15) durch Kunststoff-Formung an dem Anker (9) befestigt ist.    Trigger according to claim 4,
    characterized in that the actuator (15) is attached to the armature (9) by plastic molding.         Auslöser nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (15) einen in Axialrichtung angeformten Betätigungsstößel (16) zur Ansteuerung eines Leistungsschalters aufweist.    Trigger according to claim 4 or 5,
    characterized in that the actuating member (15) has an actuating plunger (16) formed in the axial direction for actuating a circuit breaker.         Auslöser nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Betätigungsorgan (15) ein Rücksetzhebel (20) und/oder ein Anzeigeorgan verbunden ist.    Trigger according to one of claims 4 to 6,
    characterized in that a reset lever (20) and / or a display member is connected to the actuating member (15).         Auslöser nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß an dem Betätigungsorgan (15) ein zusätzlicher, auf den Schalthebel (25) eines Mikroschalters (24) einwirkender Betätigungsarm (23) vorgesehen ist.    Trigger according to one of claims 4 to 7,
    characterized in that an additional actuating arm (23) acting on the switching lever (25) of a microswitch (24) is provided on the actuating member (15).         Auslöser nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (9) in Axialrichtung in einen ferromagnetischen Abschnitt (28), der dem ersten Jochschenkel (4) zugewandt ist, und einen dauermagnetischen Abschnitt (29) im Bereich des zweiten Jochschenkels (5) unterteilt ist.    Trigger according to one of claims 1 to 8,
    characterized in that the armature (9) is divided in the axial direction into a ferromagnetic section (28) which faces the first yoke leg (4) and a permanent magnetic section (29) in the region of the second yoke leg (5).         Auslöser nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte (28,29) des Ankers (9) über eine dünnwandige Ummantelung (30) mit dem Betätigungsorgan (15) verbunden sind.    Trigger according to claim 9,
    characterized in that the two sections (28, 29) of the armature (9) are connected to the actuating member (15) via a thin-walled casing (30).
    EP97116737A 1996-11-08 1997-09-25 Electromagnetic differential current trip device Withdrawn EP0841669A1 (en)

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