DE1281032B - Magnetisches Kipprelais, insbesondere fuer Fehlerstrom-Schutzschalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4fflWW> PATENTAMT Int. α.:

HOIh

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 21g-4/01

Nummer: 1281032

Aktenzeichen: P 12 81 032.1-33 (B 84666)

Anmeldetag: 24. November 1965

Auslegetag: 24. Oktober 1968

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Kipprelais zur Verwendung in elektrischen Schalt-, Steuer- und Überwachungseinrichtungen, das sich zufolge seiner funktionellen Eigenschaften beispielsweise besonders zum Aufbau von Fehlerstromschutzschaltern eignet.

Relaisausführungen, bei denen sich der durch die normale Erregerwicklung erzeugte Magnetfluß in der Wirkung auf eine Vormagnetisierung des gleichen Eisenkerns durch einen besonderen Permanentmagneten überlagert, um den Aufwand zur Auslösung gering zu halten, stellen sich ihrer Ausführung nach in bekannter Weise als ein über die Polstücke des Kerns vermittels des beweglichen Relaisankers in sich selbst geschlossener Eisenkern dar, der von einem in dem Kreise selbst gelegenen Permanentmagneten durchsetzt wird. Auf Grund dessen wirkt sich der von außen her durch die Wicklung erregte Magnetfluß im Eisenkern auf den des Permanentmagneten entweder abschwächend oder aber verstärkend aus. Unter Berücksichtigung derart vorgegebener Kräfteverhältnisse wird der Relaisanker einer solchen Anordnung zweckmäßigerweise parallel zu seinen Auflageflächen bewegt. Um andererseits zu verhindern, daß diese Systeme an das Vorhandensein einer verhältnismäßig hohen Steuerleistung gebunden sind, hat man versucht, den im Relaiskern durch den permanenten Magneten erregten Magnetfluß zur Regelung der Empfindlichkeit dadurch zu verändern, daß man die Pole des Permanentmagneten in Beziehung zu den Polstücken des Eisenkerns verstellt, um auf diese Weise die Stärke des Hauptflusses zu ändern oder aber dadurch, daß man einen fest oder regelbar ausgebildeten magnetischen Nebenschluß vorsieht, um den Magnetfluß durch den Relaisanker verändern zu können (deutsche Auslegeschrift 1126 995).

Ein solches Funktionsprinzip benötigt jedoch zu seiner praktischen Auswertung eine Vielzahl einzelner Funktionsteile, was sich in bezug auf die Toleranzbedingungen und den Montageaufwand als nachteilig erweist. Darüber hinaus verfügt ein derart in sich geschlossenes Magnetsystem unter der Voraussetzung hinreichender Emfindlichkeit über relativ geringe Haltekräfte und eine dementsprechend unzureichende Erschütterungsfestigkeit.

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Kipprelais für elektrische Schalt-, Steuer- und Überwachungseinrichtungen mit einem U-förmigen Eisenkern, dessen mit einer elektrischen Wicklung versehene Polschenkel in unerregtem Zustand von einem unter Federspannung stehenden Anker unter Wirkung eines Permanentmagneten überbrückt sind.

Magnetisches Kipprelais, insbesondere für
Fehlerstrom-Schutzschalter

Anmelder:

Busch-Jaeger Dürener Metallwerke A. G.,

5880 Lüdenscheid

Als Erfinder benannt:

Hans Arnhold, 5880 Lüdenscheid

Eine bekannte Einrichtung dieser Art ist durch die Anordnung von zwei parallelen magnetischen Kreisen sehr aufwendig ausgeführt (französische Patentschrift 1311307). Es ist auch hier ein magnetischer Nebenschluß vorgesehen, der gegebenenfalls durch ein Steuerglied zur Veränderung des Magnetflusses justiert werden kann. Auch hierbei treffen die gleichen Nachteile wie bei der eingangs beschriebenen bekannten Einrichtung zu.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein magnetisches Kipprelais zu schaffen, bei dem zwischen dem Eisenkern und dem Anker ein starkes Magnetfeld wirksam ist und die Bildung von magnetischen Streufeldern weitgehend herabgemindert wird.

Die Erfindung besteht darin, daß die den Anker haltenden Magnetfelder von zwei gleichpolig nebeneinander unterhalb des jeweiligen Polschenkels des U-förmigen Eisenkerns angeordneten Permanentmagneten gleichgerichtet sind.

Es wird hierdurch eine große Haltekraft für den Anker erzielt, so daß die die Auslösung bewirkende Feder sehr kräftig ausgeführt werden kann, wodurch

wiederum große Auslösekräfte auf durch das Kipprelais auszulösende Schaltwerke übertragen werden können. Dabei besitzt das Relais durch die großen Haltekräfte eine überaus große Erschütterungsfestigkeit.

In der Zeichnung ist das magnetische Kipprelais nach der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei sind erfinderische Weiterbildungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht des magnetischen Kipprelais, F i g. 2 ein Diagramm über die wirksamen Kräfte des Kipprelais,

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer Anwendung des Kipprelais bei einem Fehlerstromschutzschalter und

F i g. 4 eine andere schematische Darstellung eines Kipprelais bei einer anderen Schutzschalterausführung.

809 628/1543

3 4

Unterhalb des Verbindungssteges 1 der beiden dem Klappanker 9 als Ausnehmung beinhalteten Polschenkel 2 und 3 des Eisenkerns sind die in Bohrung 10 oder einer Sicke praktisch eine Verstär-Schenkelrichtung polarisierten Permanentmagneten 4 kung der Haltekräfte im Bereich der Abzugsftäche und 5 angeordnet. Von außen her werden diese Ma- zwischen dem Klappanker 9 und dem Polschenkelgneten gemeinsam mit einem Befestigungswinkel 12 5 ende 2, und das im Sinne der beabsichtigten Kippdurch eine mit dem Verbindungssteg 1 vernietete funktion des Relais. Dementsprechend lassen sich die Lasche 11 aus ferromagnetischem Material erfaßt Funktionsbedingungen eines solchen durch eine Än- und gehaltert. Die freien Enden der mit Wicklun- derung dieser Luftspaltabmessungen dahingehend begen 6 versehenen Polschenkel 2 und 3 überbrückt der einflussen, daß eine Verringerung des Spalts eine Erbeweglich gelagerte Relaisanker 9, der zu seiner io höhung der Empfindlichkeit unter gleichzeitiger Kippfunktion oberhalb des betreffenden Polschenkel- Schwächung der Haltekraft und umgekehrt bewirkt, endes 3 gabelartig in zwei Führungszapfen 8 des Iso- Auf der anderen Seite ist die Empfindlichkeit eines

lierstoff-Spulenkörpers 7 eingreift. Während dieser solchen Systems von dem Verhältnis des Abstandes Anker 9 zu beiden Polschenkelenden 2 und 3 plan der Jochenden zur Jochhöhe abhängig, so wie der zur Anlage gelangt, ist er im Bereich der »über- 15 Kipp-Punkt beispielsweise durch die Wahl einer bekippten« Stirnfläche des Polschenkels 3 mit einer als sonderen Magnetlegierung für die weichmagnetischen Luftspalt wirkenden Ausnehmung in Form einer Teile des Eisenkerns vorteilhaft beeinflußt werden unter Umständen sogar veränderbaren Bohrung 10 kann. Darüber hinaus ergeben sich weitere Justieroder mit einer entsprechenden Sicke versehen. Der möglichkeiten durch eine Verdrehung der als Pol· über diesen Polschenkel 3 nach außen hin verlängerte ao platte dienenden Halterungslasche 11 sowie durch Betätigungsansatz 14 des Ankers 9 steht vermittels eine Änderung der Vorspannung der Zugfeder 13. einer im Ruhezustand belasteten Spiralfeder 13 mit Auf diese Weise gelangt man unter einem nach

dem bereits erwähnten Befestigungswinkel 12 in Ver- fertigungstechnischen Gesichtspunkten bisher nicht bindung. erreichten Minimalaufwand an Einzelteilen. ToIe-

In funktionsmäßiger Beziehung wirkt sich ein der- 25 ranzvorgaben und Montagevorkehrungen zu einem artiger Aufbau dahingehend aus, daß sich die seitens funktionsmäßig außerordentlich empfindlichen Relaisder beiden Permanentmagneten 4 und 5 den beiden typ, der für Auslösezwecke in elektrischen Schalt-, Polschenkeln 2 und 3 in der gleichen Richtung auf- Steuer- und Überwachungsvorrichtungen geeignet ist gedrückten Magnetfelder jeweils über Luft zu der und mit einem Minimum an elektrischer Steuerkonzentrationshalber als Polplatte ausgebildeten und 30 leistung (in der Größenordnung von 1 mW) relativ zudem Justierzwecken dienenden Halterungslasche große Haltekräfte aufheben kann. Als weitere Vor-11 schließen, wobei jedes dieser beiden Dauer- teile sind eine große Konstanz in der Auslösung und magnetfelder Φ_Μ den dazugehörigen Bereich des ein breit angelegter Justierbereich zu nennen. Klappankers 9 mit erfaßt. — Wird nunmehr jedem Als geeignetes Ausführungsbeispiel für eine der

dieser in sich geschlossenen Magnetkreise vermittels 35 vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten des erfindungseiner elektromagnetischen Erregung durch die je- gemäßen Kipprelais soll im folgenden noch die Wirweiligen Wicklungsteile 6 auf den beiden Pol- kungsweise eines solchen als für sich selbst funkschenkein 2 und 3 ein elektrisches Wechselfeld Φψ tionsfähigen Bauelementes im Rahmen einer Fehleraufgedrückt, so verursacht ein solches zufolge einer stromschutzschaltung herausgestellt werden. Diesabwechselnden Verdrängung des einen Dauermagnet- 4° bezüglich ist in F i g. 3 der Zeichnung das Stromlauffeldes in Richtung des anderen ein periodisches schema eines Fehlerstromschutzschalters ausgeführt, Kippen. bei dem das als elektromagnetisches Auslöseorgan

Nach der Darstellung im Diagramm gemäß für die Schaltmechanik verwendete Kipprelais im F i g. 2 summieren sich in der positiven Halbwelle Fehlerfall über eine Sonderwicklung 16 des üblichen der Fluß des Dauermagnetfeldes Φ_Μ und der des 45 Summenstromwandlers 15 erregt wird und demzuelektrischen Wechselfeldes Φψ gegen die Kraft P_F folge eine Auftrennung der Kontaktstrecke herbeider vorgespannten Zugfeder 13 und führen resultie- führt. Dazu stehen die beiden in Reihe geschalteten rend zu einer Verstärkung der Haltekraft P₁₁ nach Wicklungsteile 6 des Kipprelais unmittelbar mit einer der Formel P_res = k (Φ_Μ + Φψ)², wobei k einen doppeladrig ausgeführten Sekundärwicklung 16 und konstanten Faktor bedeutet, der auf der einen Seite 50 17 des Summenstromwandlers 15 in Verbindung, wodurch die Abzugsfläche zwsichen Klappanker 9 und bei die zweite Ader 17 dieser Wicklung dem Prüf-Polschenkelende 2 und auf der anderen Seite durch Stromkreis des Schutzschalters zugeordnet ist. die Luftspaltverhältnisse an der Bohrung 10 vorge- Demgegenüber ist in Fig. 4 der Zeichnung das

geben ist. — In der negativen Halbwelle des ange- Stromlaufschema einer anderen Schutzschalterauslegten Wechselstroms dagegen wirkt der Fluß des 55 führung dargestellt, bei dem das erfindungsgemäße elektrischen Wechselfeldes Φψ dem des Dauer- Kipprelais an Stelle der unterhalb des Verbindungsmagneten Φ_Μ entgegen und führt der Bedingung Steges der Polschenkel angeordneten Dauermagneten Pres — k (&m ~~ ^w)² gemäß zu einer Schwächung zur Vormagnetisierung über eine gleichstromdurchdes permanentmagnetischen Feldes, die mit Unter- flossene Erregerwicklung 18 verfügt, um die gleichen Stützung durch die Abzugskraft der Feder P_P bewirkt, 60 Magnetisierungsverhältnisse wie in ersterem Fall zu daß der Klappanker 9 abfällt, indem ihn die Zug- bewirken. In diesem Zusammenhang bietet sich vorfeder 13 um die Polschenkelfläche 3 als Drehpunkt teilhafterweise an, die Gleichstromerregung dieser von der Polschenkelfläche 2 abhebt. Diese Ver- Zusatzwicklung 18 funktionell zu Prüfzwecken ausdrehung führt vermittels des Betätigungsansatzes 14 zuwerten und in Abhängigkeit des Haltestroms eine zur Auslösung einer Verklinkung. 65 ständige Überwachung der Anlage zu erreichen.

In diesem Zusammenhang bewirkt der im Bereich Auf der anderen Seite läßt sich das erfindungs-

der als Drehpunkt ausgebildeten Stirnfläche des Pol- gemäße Kipprelais in der gleichen vorteilhaften Weise schenkeis 3 vorgesehene Luftspalt in Form einer von für ähnliche Auslösezwecke in anderen Schalt-,

Steuer- oder Prüfeinrichtungen verwenden, ohne an einen besonderen Aufwand gebunden zu sein.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Magnetisches Kipprelais für elektrische Schalt-, Steuer- und Überwachungseinrichtungen mit einem U-förmigen Eisenkern, dessen mit einer elektrischen Wicklung versehene Polschenkel in unerregtem Zustand von einem unter Federspannung stehenden Anker unter der Wirkung eines Permanentmagneten überbrückt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die den Anker (9) haltenden Magnetfelder von zwei gleichpolig nebeneinander unterhalb des jeweiligen Polschenkels (2, 3) des U-förmigen Eisenkerns angeordneten Permanentmagneten (4, 5) gleichgerichtet sind.

2. Magnetisches Kipprelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (9) als Klappanker auf seiner federbelasteten Betätigungsseite (14) unter Bildung eines Luftspalts über dem U-Schenkelende (3) des Eisenkerns drehbeweglich gelagert ist.

3. Magnetisches Kipprelais nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Luftspalt durch eine im Bereich der Auflage innerhalb des Klappankers (9) vorgesehene und vorzugsweise veränderbare Ausnehmung, z. B. eine Bohrung (10) oder Sicke, gebildet ist.

4. Magnetisches Kipprelais nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einseitige Lagerung des Klappankers (9) zwischen zwei Führungszapfen (8) des beiden Polschenkelwicklungen (6) gemeinsamen Isolierstoffspulenkörpers (7) erfolgt.

5. Magnetisches Kipprelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterhalb des Verbindungssteges (1) anliegenden Permanentmagneten (4, 5) von außen her durch eine ferromagnetische Lasche (11) gemeinsam mit dem das Gegenlager für die Spiralfeder (13) tragenden Befestigungswinkel (12) gehaltert sind.

6. Magnetisches Kipprelais nach den Ansprüchen 1 bis 5 in der Anwendung auf einen Fehlerstromschutzschalter, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe geschalteten Wicklungsteile (6) des Kipprelais unmittelbar mit der doppeladrig ausgeführten Sekundärwicklung (16,17) des Stromwandlers (15) verbunden sind, wobei die zweite Seele (17) der Wicklung im Prüfstromkreis liegt.

7. Magnetisches Kipprelais nach den Ansprüchen 1 bis 4 in der Anwendung auf einen Fehlerstromschutzschalter, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der beiden unterhalb des Verbindungssteges (1) angeordneten Permanentmagneten (4, 5) eine im Prüfstromkreis gelegene und von Gleichstrom durchflossene Zusatzwicklung (18) tritt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 1311 307,
1300727.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 628/1543 10.68 ® Bundesdruckerei Berlin