EP0786789B2 - Joch für einen vorzugsweise in einem Fehlerstrom-Schutzschalter einsetzbaren Magnetauslöser - Google Patents

Joch für einen vorzugsweise in einem Fehlerstrom-Schutzschalter einsetzbaren Magnetauslöser Download PDF

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EP0786789B2
EP0786789B2 EP96810588A EP96810588A EP0786789B2 EP 0786789 B2 EP0786789 B2 EP 0786789B2 EP 96810588 A EP96810588 A EP 96810588A EP 96810588 A EP96810588 A EP 96810588A EP 0786789 B2 EP0786789 B2 EP 0786789B2
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Signmar Kollol
Siegfried Mayer
Siegfried Münzer
Gerhard Schneider
Günter Seidenstücker
Wilfried Strenger
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    • 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

Definitions

  • the invention is based on a yoke for a preferably in a residual current circuit breaker (RCD) deployable magnetic release with a yoke and a movable armature having magnetic circuit, the yoke containing two fixed Polblechen and the two pole plates to form a magnetic Resistance of predetermined size separated by spacer means and held together by at least one connecting element.
  • a yoke serves to guide a constant magnetic flux from a permanent magnet to the moving armature. If the permanent magnetic flux is weakened by a signal emitted by a tripping coil and attributable to a fault current, for example, the armature loaded by a prestressed spring is lifted off the yoke and then triggers a force transmission member.
  • the power transmission member acts on a switching mechanism, which causes an opening of the contact arrangement of the FI-switch.
  • the input signal supplied to the trip coil is in this case proportional to the fault current and is formed by a summation current transformer of the FI switch.
  • the invention relates to a prior art, as in EP 0228 345 B1 is described.
  • a specified in this prior art yoke for a built-in an RCD magnetic release essentially has two fixed arranged Polbleche and a non-magnetic diaphragm on.
  • the diaphragm separates the two pole plates to form a magnetoresistor of predetermined size, thus preventing short-circuiting of the magnetic flux fed by a permanent magnet into the magnetic circuit.
  • the diaphragm generally consists of a metal sheet or a foil, in particular of mica, copper or a copper alloy, but may also be formed as a coating, which is mounted on the surface of at least one of the two pole sheets.
  • a thin air gap can be provided between the two pole plates.
  • screws or bilaterally welded bolts made of a magnetically non-conductive or only very poorly conductive material are generally used. Since the attachment of the connecting means can not be readily automated, the production of a trigger provided with such a yoke is relatively expensive.
  • Magnetic releases known from this prior art have a magnetic circuit with two pole plates which are magnetically isolated from one another by a diaphragm. These pole plates and an optionally provided intermediate piece are optionally connected by screwing, welding or gluing together.
  • the object of the invention is to provide a yoke for a deployable in particular in a FI-switch magnetic release, which can be prepared in a simple and in a manner suitable for large numbers.
  • the yoke according to the invention is characterized by high mechanical strength and good magnetic properties and can be produced with little time and material. All process steps involved in the manufacturing process can easily be performed by robots. Therefore, the yoke can be produced according to the invention in a cost effective manner and in large quantities in a fully automatic production line.
  • the in Fig. 1 Shutter shown has a consisting of a trough-shaped bottom 1 and a lid 2 insulating housing.
  • an opening 3 is provided, which the vertical guidance of a Power transmission member acting cylindrical ram 4 is used.
  • the plunger 4 has a thickened lower end, which is seated on a spring 5.
  • the upward end of the plunger 4 acts via a switching mechanism on a contact arrangement of the FI-switch, not shown.
  • the spring 5 has two blade ends 6 and acting on the plunger 4 middle part 7. At the middle part 7 not designated fasteners are provided for holding a cuboid-shaped armature 8 of a magnetic circuit on the side facing away from the plunger side of the central part. 7
  • the magnetic circuit also includes a yoke 16 formed by two pole plates 13, 14 and a magnetically poorly conducting air gap 15 and a constant magnetic flux flowing into the yoke 16.
  • the intended air gap 15 spaces the two pole plates 13, 14 from each other, thus preventing a short circuit in the magnetic circuit. It is so dimensioned that between the two pole plates 13, 14 is a magnetic resistance of a predetermined size.
  • FIGS. 2 to 5 the structure of the yoke 16 can be taken.
  • the two pole plates 13, 14 are joined together by means of two connecting elements.
  • an air gap is arranged between the two Polblechen.
  • 22 denotes a cuboid-shaped projection on the pole plate 14, which serves to support a trip coil, not shown.
  • the Polblechansatz 22 has at its free end on a flat surface 18, on which when the shutter is closed, the one end of the armature 8 (FIG. Fig.1 ) rest. The other end of the armature 8 then rests on a plane 19 formed in an unnamed approach of the pole piece 13 flat surface.
  • the connecting elements are designed as welding points 20, 21 and are arranged on mutually opposite edges of the two Polbleche 13, 14. Therefore, they bridge the two pole plates 13, 14 each web-shaped.
  • the welding point 20 is attached to the upper edges and the welding point 21 at the lower edges of the two Polbleche 13, 14.
  • three or more welding points can be attached.
  • the welds also act as a spacer.
  • the welding points are produced with the aid of a laser and, at least in the area of the webs, have material which has been produced during the manufacture of the welding point by melting the material of the two pole plates.
  • the intensity, the dimensions and / or the duration of action of the laser beam are in this case controlled so that the cross section and length of the poles 13, 14 bridging webs are determined by the predetermined size of the magnetic resistance between the two pole plates.
  • the magnetic flux flowing through each of the lands is approximately proportional to the saturation induction of the pole sheet material and the cross-section and length of the land.
  • the cross section of the webs is typically 0.1 to 1 mm 2 , preferably 0.2 to 0.5 mm 2 .
  • the reduced by the webs magnetic resistance can be increased by an increase in the thickness of the air gap or compensated by an increase in the permanent magnet 17.
  • spacers of typically 50 microns thickness between the pole plates 13, 14 are inserted.
  • three spacers made of wire are provided at the edges of the pole plates, which are removed after the production of the welds.
  • the lying between the two Polblechen magnetic resistance vorweer size is then determined by the air layer between the pole plates and the geometric dimensions of the webs of the welds.
  • the magnetic resistance between the two pole plates can be significantly increased by using a suitable formed in the form of a wire, suitable additive during welding.
  • a suitable formed in the form of a wire, suitable additive during welding.
  • fusible alloying of material of the two pole sheets and material of Rajschweissstoffes an alloy which is magnetically much less conductive with a suitable choice of Rajschweissschers as the material of the Polbleche.
  • Particularly suitable additional welding materials are copper and copper alloys and steel-nickel alloys with a ferromagnetics low relative permeability, such as X12CrNi17 / 7.

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Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Joch für einen vorzugsweise in einem Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schalter) einsetzbaren Magnetauslöser mit einem das Joch und einen beweglichen Anker aufweisenden magnetischen Kreis, wobei das Joch zwei feststehende Polblechen enthält und die beiden Polbleche unter Bildung eines magnetischen Widerstands vorgegebener Grösse durch Abstandsmittel voneinander getrennt und durch mindestens ein Verbindungselement zusammengehalten sind. Ein solches Joch dient der Führung eines konstanten magnetischen Dauerflusses von einem Dauermagneten zum beweglichen Anker. Wird der magnetische Dauerfluss durch ein von einer Auslösespule abgegebenes und etwa auf einen Fehlerstrom zurückzuführendes Signal geschwächt, so wird der von einer vorgespannten Feder belastete Anker vom Joch abgehoben und löst dann ein Kraftübertragungsglied aus. Bei einem FI-Schalter wirkt das Kraftübertragungsglied auf ein Schaltschloss, welches ein Öffnen der Kontaktanordnung des FI-Schalters bewirkt. Das der Auslösespule zugeführte Eingangssignal ist hierbei proportional dem Fehlerstrom und wird von einem Summenstromwandler des FI-Schalters gebildet.
    • STAND DER TECHNIK
  • Die Erfindung nimmt auf einen Stand der Technik Bezug, wie er in EP 0228 345 B1 beschrieben ist. Ein in diesem Stand der Technik angebenes Joch für einen in einen FI-Schalter eingebauten Magnetauslöser weist im wesentlichen zwei feststehend angeordnete Polbleche und ein nichtmagnetisches Diaphragma auf. Das Diaphragma trennt die beiden Polbleche unter Bildung eines magnetischen Widerstandes vorgebener Grösse und verhindert so, dass der von einem Dauermagneten in den magnetischen Kreis eingespeiste magnetische Dauerfluss kurzgeschlossen wird. Das Diaphragma besteht im allgemeinen aus einem Blech oder einer Folie, insbesondere aus Glimmer, Kupfer oder einer Kupferlegierung, kann aber auch als Beschichtung ausgebildet sein, welche auf der Oberfläche mindestens eines der beiden Polbleche angebracht ist. Anstelle eines Diaphragmas kann zwischen den beiden Polblechen auch ein dünner Luftspalt vorgesehen sein. Als Verbindungsmittel der festen Polbleche werden im allgemeinen Schrauben oder beidseitig verschweisste Bolzen aus einem magnetisch nichtleitenden oder nur sehr schlecht leitenden Werkstoff verwendet. Da das Anbringen der Verbindungsmittel sich nicht ohne weiteres automatisieren lässt, ist die Herstellung eines mit einem solchen Joch versehenen Auslösers relativ aufwendig.
  • Ein weiterer relevanter Stand der Technik von Magnetauslösern ist in DE-U1-88 01 399 und DE-B2-16 65 851 angegeben. Aus diesem Stand der Technik bekannte Magnetauslöser weisen einen magnetischen Kreis mit zwei durch ein Diaphragma magnetisch voneinander isolierten Polblechen auf. Diese Polbleche und ein gegebenenfalls vorgesehenes Zwischenstück sind wahlweise durch Verschrauben, Verschweissen oder Verkleben miteinander verbunden.
    • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, ein Joch für einen insbesondere in einem FI-Schalter einsetzbaren Magnetauslöser zu schaffen, welcher in einfacher und in einer für grosse Stückzahlen geeigneten Weise hergestellt werden kann.
  • Das Joch nach der Erfindung zeichnet sich durch grosse mechanische Festigkeit und gute magnetische Eigenschaften aus und lässt sich mit geringem Material- und Zeitaufwand herstellen. Alle beim Herstellprozess anfallenden Verfahrensschritte können problemlos von Robotern ausgeführt werden. Daher kann das Joch nach der Erfindung in kostengünstiger Weise und in grossen Stückzahlen in einer vollautomatischen Fertigungsstrasse erzeugt werden.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
    • Fig.1
    eine Explosionsdarstellung eines das Joch nach der Erfindung enthaltenden Magnetauslösers für einen FI-Schalter,
    Fig.2
    eine perspektivische Ansicht des im Magnetauslöser gemäss Fig.1 enthaltenen Jochs,
    Fig.3
    eine Draufsicht auf das Joch gemäss Fig.2,
    Fig.4
    eine Draufsicht auf das Joch gemäss Fig.2 nach zweimaligem Kippen um jeweils 90°, und
    Fig.5
    eine Seitenansicht des Joch gemäss Fig.2 nach einer Drehung von 180° um eine im wesentlichen vertikal geführte Achse.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • In allen Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Teile. Der in Fig. 1 dargestellte Auslöser 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 als Kraftübertragungsglied wirkenden zylinderförmigen Stössels 4 dient. Der Stössel 4 weist ein verdicktes unteres Ende auf, welches auf einer Feder 5 aufsitzt. Das nach oben gerichtete Ende des Stössels 4 wirkt über ein Schaltschloss auf eine Kontaktanordnung des nicht dargestellten FI-Schalters. Die Feder 5 weist zwei Blattenden 6 und ein auf den Stössel 4 wirkendes Mittelteil 7 auf. Am Mittelteil 7 sind nicht bezeichnete Befestigungselemente vorgesehen zur Halterung eines quaderförmig ausgebildeten Ankers 8 eines magnetischen Kreises auf der vom Stössel abgewandten Seite des Mittelteils 7.
  • Mit dem Bezugszeichen 9 ist ein Zwischenboden aus Isolierstoff bezeichnet, welcher der Halterung einer Auslösespule 10 dient, und welcher zwei nach oben geführte und die Befestigung der Feder 5 ermöglichende Vorsprünge 11, 12 aufweist. Der magnetische Kreis enthält neben dem Anker 8 auch ein von zwei Polblechen 13, 14 und einem vorgesehenen, magnetisch schlecht leitenden Luftspalt 15 gebildetes Joch 16 sowie einen konstanten magnetischen Dauerfluss in das Joch 16 einspeisenden quaderförmigen Permanentmagneten 17. Der vorgesehene Luftspalt 15 beabstandet die beiden Polbleche 13, 14 voneinander und verhindert so einen Kurzschluss im magnetischen Kreis. Es ist so bemessen, dass zwischen den beiden Polblechen 13, 14 ein magnetischer Widerstand einer vorgegebenen Grösse liegt.
  • Den Figuren 2 bis 5 kann der Aufbau des Jochs 16 entnommen werden. Ersichtlich sind die beiden Polbleche 13, 14 mit Hilfe von zwei Verbindungselementen zusammengefügt. Zwischen den beiden Polblechen ist ein Luftspalt angeordnet. 22 bezeichnet einen quaderförmig ausgebildeten Ansatz am Polblech 14, welcher der Lagerung einer nicht dargestellten Auslösespule dient. Der Polblechansatz 22 weist an seinem freien Ende eine ebene Fläche 18 auf, auf der bei geschlossenem Auslöser das eine Ende das Ankers 8 (Fig.1) ruht. Das andere Ende des Ankers 8 ruht dann auf einer in einen nicht bezeichneten Ansatz des Polblechs 13 eingeformten ebenen Fläche 19.
  • Die Verbindungselemente sind als Schweissstellen 20, 21 ausgeführt und sind an einander gegenüberstehenden Kanten der beiden Polbleche 13, 14 angeordnet. Sie überbrücken daher die beiden Polbleche 13, 14 jeweils stegförmig. Wie aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich ist, ist die Schweissstelle 20 an den Oberkanten und die Schweissstelle 21 an den Unterkanten der beiden Polbleche 13, 14 angebracht. Hierdurch wird bereits mit zwei Schweissstellen eine ausreichend feste Verbindung der beiden Polbleche erreicht. Gegebenenfalls können auch drei oder mehr Schweissstellen angebracht werden. In jedem Fall wirken die Schweissstellen zugleich auch als Abstandsmittel.
  • In besonders vorteilhafterweise werden die Schweissstellen mit Hilfe eines Lasers erzeugt und weisen zumindest im Bereich der Stege Werkstoff auf, welcher beim Herstellen der Schweissstelle durch Aufschmelzen von Material der beiden Polbleche entstanden ist.
  • Die Intensität, die Abmessungen und/oder die Wirkungsdauer des Laserstrahls werden hierbei so gesteuert, dass Querschnitt und Länge der die Polbleche 13, 14 überbrückenden Stege durch die vorgebene Grösse des magnetischen Widerstands zwischen den beiden Polblechen bestimmt sind. Der durch jeden der Stege abfliessende Magnetfluss ist ungefähr proportional der Sättigungsinduktion des Polblechmaterials sowie dem Querschnitt und der Länge des Steges. Bei einer Dicke des Luftspalts von 20 bis 100 µm beträgt der Querschnitt der Stege typischerweise 0,1 bis 1 mm2, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mm2. Der durch die Stege verringerte magnetische widerstand kann durch eine Vergrösserung der Dicke des Luftspalts erhöht oder durch eine Vergrösserung des Permananentmagneten 17 kompensiert werden.
  • Beim Laserschweissen sind Abstandshalter von typischerweise 50 µm Dicke zwischen die Polbleche 13, 14 eingeschoben. Beispielsweise sind drei aus Draht bestehenden Abstandshalter an den Rändern der Polbleche vorgesehen, welche nach der Herstellung der Schweissstellen entfernt werden. Der zwischen den beiden Polblechen liegende magnetische Widerstand vorgebener Grösse ist dann durch die Luftschicht zwischen den Polblechen und die geometrischen Abmessungen der Stege der Schweissstellen bestimmt.
  • Der magnetische Widerstand zwischen den beiden Polblechen kann durch Verwendung eines mit Vorteil in Form eines Drahtes ausgebildeten, geeigneten Zusatzstoffes beim Schweissen wesentlich vergrössert werden. Beim Schweissen bildet sich dann durch Schmelzlegieren von Material der beiden Polbleche und von Material des Zusatzschweissstoffes eine Legierung, welche bei geeigneter Wahl des Zusatzschweissstoffes magnetisch wesentlich schlechter leitend ist als das Material der Polbleche. Besonders geeignete Zusatzschweissstoffe sind Kupfer und Kupferlegierungen sowie Stahl-Nickellegierungen mit einer gegenüber Ferromagnetika niedrigen relativen Permeabilität, wie beispielsweise X12CrNi17/7.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Boden
    2
    Deckel
    3
    Öffnung
    4
    Stössel
    5
    Feder
    6
    Blattenden
    7
    Mittelteil
    8
    Anker
    9
    Zwischenboden
    10
    Auslösespule
    11, 12
    Vorsprünge
    13, 14
    Polbleche
    15
    Luftspalt
    16
    Joch
    17
    Permanentmagnet
    18, 19
    Flächen
    20, 21
    Schweissstellen
    22
    Polblechansatz

Claims (7)

  1. Joch (16) für einen vorzugsweise in einem Fehlerstrom-Schutzschalter einsetzbaren Magnetauslöser mit einem das Joch (16) und einen beweglichen Anker (8) aufweisenden magnetischen Kreis, wobei das Joch (16) zwei feststehende Polbleche (13, 14) enthält und die beiden Polbleche (13, 14) unter Bildung eines magnetischen Widerstands vorgegebener Grösse durch Abstandsmittel voneinander getrennt und durch mindestens zwei Verbindungselemente zusammengehalten sind, wobei die beiden Polbleche (13, 14) durch einen Luftspalt (15) voneinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente jeweils als Schweissstelle (20, 21) ausgeführt sind, welche Schweissstellen (20, 21) die beiden Polbleche (13, 14) jeweils stegförmig überbrücken und als Abstandsmittel wirken.
  2. Joch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg mindestens einer der Schweissstellen (20, 21) Werkstoff aufweist, welcher beim Herstellen der Schweissstelle durch Schmelzen von Material der beiden Polbleche (13, 14) entstanden ist.
  3. Joch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Querschnitt und Länge der die Polbleche überbrückenden Stege durch die vergebene Grösse des magnetischen Widerstands zwischen den beiden Polblechen bestimmt sind.
  4. Joch nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Abstand der Polbleche (13, 14) von ca. 20 bis 100 µm voneinander der Querschnitt der Stege 0,1 bis 1mm2, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mm2, beträgt.
  5. Joch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg mindestens einer der Schweissstellen Werkstoff aufweist, welcher beim Herstellen der Schweissverbindung durch Schmelzlegieren von Material der beiden Polbleche und von Material eines Zusatzschweissstoffes entstanden ist.
  6. Joch nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzschweissstoff von Kupfer, einer Kupferbasislegierung oder einer Stahl-Nickellegierung mit niedriger relativer Permeabilität gebildet ist.
  7. Joch nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das als Schweissstelle ausgebildete mindestens eine Verbindungselement durch Laserschweissen hergestellt ist.
EP96810588A 1996-01-23 1996-09-06 Joch für einen vorzugsweise in einem Fehlerstrom-Schutzschalter einsetzbaren Magnetauslöser Expired - Lifetime EP0786789B2 (de)

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EP0786789A2 EP0786789A2 (de) 1997-07-30
EP0786789A3 EP0786789A3 (de) 2000-06-21
EP0786789B1 EP0786789B1 (de) 2004-02-11
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