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Die Erfindung betrifft einen Magnetauslöser zum Vergleich einer mechanischen mit einer elektrischen
Kraft, insbesondere für Fehlerstrom-Schutzschalter, mit einem U-förmigen Joch, das aus zwei Weicheisenteilen zusammengesetzt ist, deren jeder aus zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Schenkeln besteht, wobei die einen Schenkel der beiden Weicheisenteile unter Bildung eines Luftspaltes bzw. unter Zwischenlage eines 'Plättchens aus Messing od. dgl.
parallel aneinandergelegt und durch einen Permanentmagneten überbrückt sind, der quer zu den Ebenen der beiden Weicheisenteile polarisiert ist, die Enden der andern Schenkel, deren mindestens einer von einer mit der elektrischen Kraft beaufschlagten, der Magnetisierung durch den
Permanentmagneten entgegenwirkenden Stromquelle umgeben ist, hingegen durch einen Weicheisenanker überbrückt sind, an dem die gleichfalls der Magnetisierung durch den Permanentmagneten entgegenwirkende mechanische Kraft, insbesondere die Kraft einer Abreissfeder angreift, wobei der Arbeitspunkt etwa im Knie der
Magnetsierungskurve des Joches liegt und der Jochquerschnitt eines der beiden durch den Weicheisenanker überbrückten Schenkel gegenüber dem übrigen Jochquerschnitt verkleinert ist.
Im modernen Schalterbau werden immer empfindlichere Auslöser verlangt ; dies insbesondere für
Berührungsschutzschalter und Fehlerstrom-Schutzschalter. Die konventionellen elektromagnetischen Auslöser werden daher häufig durch kombinierte permanentelektromagnetische Auslöser ersetzt, die betriebssicherer sind.
Für diesen Zweck sind nun Magnet-Auslöser nach dem Haltemagnetprinzip besonders vorteilhaft, bei welchen der
Magnetanker bei Nichtauslösung durch permanentmagnetische Energie entgegen einer Feder festgehalten wird und und dieser Haltezustand durch einen sehr geringen Auslösestrom mittels des erzeugten
Entmagnetisierungsflusses aufgehoben wird.
Bei solchen Haltemagnet-Auslösern muss einerseits auch bei
Serienfertigung der permanentmagnetisch festgelegte Haltezustand hinsichtlich der Halteenergie in sehr engen
Grenzen gehalten werden ; anderseits darf auch bei Auslösungen mit hohen Fehlerströmen durch die
Entmagnetisierung keine Störung der permanentmagnetischen Verhältnisse hervorgerufen werden, und ebensowenig darf die Eichung des Auslösers durch Fremdfehler in irgendeiner Weise behindert werden.
Eine wesentliche an derartige Magnetauslöser zu stellende Forderung besteht darin, dass die Auslösung bei allen im Zuge der Fertigung hergestellten Magnetauslösern auch bei zahlreichen Schaltvorgängen bei möglichst gleicher Stärke des die Erregerspule durchfliessenden Stromes erfolgt. Dies erfordert eine hohe Präzision in der
Herstellung, was zur Folge hat, dass die bekannten Magnetauslöser nicht in Form von billigen Massenartikeln hergestellt werden können.
Besonders kritisch sind hiebei die übergangsstellen zwischen Joch und Anker, da der diesbezügliche übergangswiderstand wesentlich durch deren Schliff beeinflusst wird. Es ist praktisch unmöglich, im Zuge einer billigen Massenproduktion die sich berührenden Flächen so glatt und gleichmässig zu schleifen, dass die erforderliche Präzision und Empfindlichkeit erreicht wird.
Eine Möglichkeit, den Einfluss des übergangswiderstandes möglichst herabzusetzen, besteht darin, in den Magnetkreis einen Reihenwiderstand, z. B. einen Luftspalt, zu schalten, dessen magnetischer Widerstand gross ist gegenüber dem übergangswiderstand zwischen Anker und Joch. Diese Möglichkeit ist aber praktisch nicht auswertbar, weil dies eine Herabsetzung der Empfindlichkeit zur Folge hätte, Magnetauslöser aber eine hohe Empfindlichkeit aufweisen sollen.
Aus der österr. Patentschrift Nr. 234813 ist es bereits bekanntgeworden, den Arbeitspunkt etwa in das Knie der Magnetisierungskurve des Joches zu legen.
Da die Magnetisierungskurve zunächst mehr oder weniger steil ansteigt und gegen Erreichen der Sättigung flacher wird, ist ersichtlich, dass sich die Forderungen nach hoher Empfindlichkeit und grosser Präzision an sich widersprechen. Liegt der Arbeitsbereich im ansteigenden Teil der Magnetisierungskurve, so kann eine hohe Empfindlichkeit erreicht werden, jedoch nur eine geringe Präzision. Je weiter der Arbeitsbereich in die Sättigung verlegt wird, desto höher ist zwar die Präzision, umso geringer aber die Empfindlichkeit. Liegt der Arbeitspunkt im steilen Teil der Magnetisierungskurve, so ergeben höhere Schliffqualitäten auch wesentlich grössere Empfindlichkeiten, so dass es im Hinblick auf die wünschenswerte Präzision unzweckmässig ist, in diesem Bereich zu arbeiten.
Im flachen Bereich wirken sich Unregelmässigkeiten der Schliffqualität zwar nicht entscheidend aus, doch ist hier, wie erwähnt, die Empfindlichkeit zu gering.
Wird nun der Arbeitspunkt unter Wahl eines entsprechenden Eisenquerschnittes bei Einhalten der unteren Grenze der Schliffqualität etwa in das Knie der Magnetisierungskurve verlegt, so ergibt eine bessere Schliffqualität kein wesentliches Ansteigen der Empfindlichkeit, wobei die differentielle Zunahme umso geringer ist, je höher die Schliffqualiät ist. Mit diesem Kompromiss zwischen Empfindlichkeit und Präzision kann der Einfluss des übergangswiderstandes weitgehend herabgesetzt werden, besonders dann, wenn an den übergangsflächen zwischen Joch und Anker an der Stirnseite des Joches eine Querschnittsreduzierung vorgesehen ist, da sich die Schwankungen der Schliffqualität an der Berührungsfläche umso weniger auswirken, je kleiner diese ist.
Bei hinreichend kleiner Berührungsfläche ist die wirksame Fläche praktisch gleich der geometrischen Fläche.
Eine derartige Querschnittsverringerung an der übergangsstelle des magnetischen Flusses zum Anker ist gleichfalls beispielsweise aus der österr. Patentschrift Nr. 234813 bekannt, wobei jedoch beide durch den Weicheisenanker überbrückten Schenkel diese Querschnittsverringerung aufweisen. Ausserdem besteht dieses
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bekannte Relais aus einem Permanentmagneten und einem magnetischen Nebenschlussstück mit zwei Polstäben, die mit einem Anker zusammenwirken.
Der übergangswiderstand wird aber nicht nur durch den Schliff an den Berührungsflächen zwischen Joch und Anker beeinflusst, sondern auch durch das Anliegen des Ankers am Joch selbst. Damit ergeben sich auch hohe Anforderungen an die Lagerung des Ankers.
Bei den bekannten Magnetauslösern der eingangs dargelegten Art besteht die Möglichkeit, dass das Abheben des Ankers nicht nur in der gewünschten Richtung, d. h. in einer Ebene, die senkrecht zur Schwenkachse liegt, erfolgen kann, sondern auch in einer Richtung, die in einer Ebene liegt, die senkrecht zur erstgenannten Ebene steht. Dieses Kippen des Ankers um seine Längsachse hängt von der Präzision der Lagerung des Ankers ab und hat zur Folge, dass die für das Abheben des Ankers erforderliche Kraft bei nicht hinreichender Präzision in unzulässigen Grenzen schwankt.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Magnetauslöser zu schaffen, der trotz hoher Empfindlichkeit und Präzision als Massenartikel mit möglichst geringem Ausschuss herstellbar ist.
Erfindungsgemäss ist die Querschnittsverkleinerung an der Berührungsfläche zwischen dem einen Schenkel des Joches und dem Anker angeordnet, wobei der Anker um eine Achse schwenkbar gelagert ist, die ausserhalb jenes Schenkels angeordnet ist, der dem Schenkel mit verringertem Querschnitt gegenüberliegt.
Dadurch, dass die grosse Fläche des Joches der Schwenkachse des Ankers näher, die kleinere Fläche des Joches hingegen von der Schwenkachse des Ankers entfernt liegt, wird erreicht, dass in der Schwenkrichtung des Ankers um seine Schwenkachse praktisch zufolge des wesentlich grösseren Hebelarmes nur die kleinere Stirnfläche des Joches, in der Richtung um die Längsachse des Ankers hingegen die grössere, nahe der Schwenkachse liegende Stirnfläche des Joches wirksam ist, wodurch das Kippen des Ankers um seine Längsachse praktisch verhindert ist. Dadurch wird auch bei geringerer Präzision der Ankerlagerung erreicht, dass die für das Abheben des Ankers erforderliche Kraft in engen Grenzen bleibt.
Da das Joch durch zwei aneinandergelegte Eisenwinkel gebildet ist, liegen, wenn die Schwenkachse des Ankers senkrecht zur Jochebene angeordnet ist, die Stirnflächen der Jochschenkel in Richtung der Längsachse des Ankers nicht fluchtend hintereinander. Auch hierin liegt eine Gefahr des Kippens des Jochankers, was für die angestrebte Präzision von Nachteil ist.
Zweckmässigerweise ist daher die Schwenkachse des Weicheisenankers zumindest angenähert senkrecht zu der durch die Mittelpunkte der Stirnflächen der durch den Anker überbrückten Jochschenkel gelegten Geraden angeordnet.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Weicheisenanker in Form eines Plättchens in einem, insbesondere aus Kunststoff bestehenden Ankerträger, der eine den Anker an dessen der Stirnfläche des Jochschenkel mit verkleinertem Querschnitt gegenüberliegende Ende untergreifende Nase aufweist, mit Spiel eingelegt.
Bei bisher bekannten Magnetauslösern lag der Angriffspunkt der der magnetischen Kraft entgegenwirkenden mechanischen Kraft am Anker etwa in der Mitte zwischen den beiden Jochschenkel. Da der Anker stets mit etwas Spiel schwenkbar gelagert ist, bestand bei den bekannten Magnetauslösern auch hierin die Gefahr des Kippens des Ankers verbunden mit Schwankungen des übergangswiderstandes und der für das Abreissen erforderlichen Kraft. Es hat sich gezeigt, dass schon eine Verstellung des Ankers um einige Zehntelmillimeter hinreicht, um die Abreisskraft mechanisch zu verändern.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung der Nase greift die mechanische Kraft an dem der Schwenkachse gegenüberliegenden Ende des Ankers an, wodurch gegenüber den bekannten Massnahmen die Empfindlichkeit gegen seitliches Verschieben des Ankers gegenüber den Schenkelenden des Joches um etwa die Hälfte verringert wird. Ausserdem sind aber die Stirnfläche des der Schwenkachse näherliegenden Schenkels des Joches für den Abreissvorgang und damit Schwankungen der Schliffqualität an dieser Fläche praktisch bedeutungslos. Der gesamte magnetische Auslösevorgang konzentriert sich auf den gegenüberliegenden Schenkel.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
Fig. l zeigt schematisch die wesentlichen Teile eines erfindungsgemässen Magnetauslösers und Fig. 2 eine Draufsicht hiezu, wobei einige wesentliche, an sich nicht sichtbare Teile strichliert dargestellt sind.
Das U-förmige Joch ist aus zwei Weicheisenteilen zusammengesetzt, wobei der eine Weicheisenteil aus zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Schenkeln--1, 2--und der andere Weicheisenteil aus zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Schenkeln-3, 4-besteht. Die Schenkel-2, 4-der Weicheisenteile sind unter Zwischenlage eines dünnen Messingplättchens --5-- parallel aneinander gelegt und mittels in einer Platte
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der quer zu den Ebenen der beiden Weicheisenteile und damit auch quer zur Ebene des Messingplättchens --5-- polarisiert ist.
Der Schenkel --3-- ist von einer Stromspule-10-umgeben, die der magnetischen Kraft des Permanentmagneten --9-- entgegenwirkt. Die Stirnflächen der Schenkel--1, 3--sind durch einen Weicheisenanker --11-- überbrückt, der in Form eines Plättchens in einer wannenförmigen Ausnehmung eines
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aus Kunststoff bestehenden Ankerträgers--12--freischwebend angeordnet ist. Der Ankerträger --12-- ist um eine Welle--13--schwenkbar gelagert und mit einem Winkelhebei --14-- kraftschlüssing verbunden, der sich b ausserhalb des Gehäuses --15-- (Fig.2) befindet.
An dem einen Schenkel --16-- des Winkelhebels - 14-- greift in Richtung des Pfeiles--17-die äussere mechanische Kraft, z. B. eine Abreissfeder, an, wohingegen der andere Schenkel --18-- beispielsweise mit dem Schloss eines Fehlerstromschutzschalters verbunden ist.
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Ausnehmung des Ankerträgers--12--verhütet wird.
Der Querschnitt des Schenkels --3-- ist an der Berührungsfläche mit dem Anker --11-- durch eine Aysnehmung --22-- gegeüber dem übrigen Querschnitt verringert.
Wie Fig. 2 zeigt, ist die Schwenkachse des Weicheisenankers etwa senkrecht zu der durch die Mittelpunkte der Stirnflächen der durch den Anker überbrückten Schenkel --1, 3-- des Joches gelegten Geraden ausgerichtet, so dass die magnetische Kraft am Anker in einer Weise angreift, die ein Kippen weitgehend ausschaltet.
Die in der Richtung des Pfeiles --17-- wirkende Kraft, beispielsweise einer Abreissfeder, wirkt der magnetischen, durch den Permanentmagneten --9-- herbeigeführten, auf den Anker-11-ausgeübten Kraft entgegen, ist aber kleiner als diese. überschreitet die durch die Stromspule --10-- herbeigefürte. Kraft etwa die Differenz der beiden erstgenannten Kräfte, so wird der Anker --11-- von den Schenkeln --1, 3-- weggeschwenkt, wobei der Schenkel--18--des Winkelhebels--14--etwa das Schloss des Fehlerstromschutzschalters betätigt.
Der erfindungsgemässe Magnetauslöser eigent sich u. a. auch besonders vorteilhaft als hoch empfindliches überstromschutzrelais u. dgl. Er kann auch zum Vergleich irgendeiner mechanischen Kraft einerseits und einer elektrischen Kraft anderseits herangezogen werden, oder dem Ansprechen auf eine bestimmte Stromstärke dienen.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann die erfindungsgemäss vorgesehene Ausnehmung --22-- auch in Form einer blossen Abschrägung ausgebildet sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Magnetauslöser zum Vergleich einer mechanischen mit einer elektrischen Kraft, insbesondere für Fehlerstrom-Schutzschalter, mit einem U-förmigen Joch, das aus zwei Weicheisenteilen zusammengesetzt ist, deren jeder aus zwei rechtwinkelig zueinander angeordneten Schenkeln besteht, wobei die einen Schenkel der beiden Weicheisenteile unter Bildung eines Luftspaltes bzw. unter Zwischenlage eines Plättchens aus Messing od. dgl.
parallel aneinandergelegt und durch einen Permanentmagneten überbrückt sind, der quer zu den Ebenen der beiden Weicheisenteile polarisiert ist, die Enden der andern Schenkel, deren mindestens einer von einer mit der elektrischen Kraft beaufschlagten, der Magnetisierung durch den Permanentmagneten entgegenwirkenden Stromquelle umgeben ist, hingegen durch einen Weicheisenanker überbrückt sind, an dem die gleichfalls der Magnetisierung durch den Permanentmagneten entgegenwirkende mechanische Kraft, insbesondere die Kraft einer Abreissfeder, angreift, wobei der Arbeitspunkt etwa im Knie der Magnetisierungskurve des Joches liegt und der Jochquerschnitt eines der beiden durch den Weicheisenanker überbrückten Schenkel gegenüber dem
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