Verfahren zum Herstellen von Ringbandkernen für Fehlerstromschutzschalter und Verwendung dieser Kerne

Abstract

 Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Ringbandkernen für Fehlerstromschutzschalter angegeben, bei dem ein aus einem 0,05 bis 0,3 mm dicken Band aus einer Nickel-Molybdän-Kupfer-Eisen-Legierung gewickelter Ringbandkern verschiedenen Wärmebehandlungen unter nichtoxidierender Atmosphäre unterzogen wird.
Zur Verbesserung der Temperaturkonstanz des Induktionshubs im üblichen Arbeitstemperaturbereich von Fehlerstromschutzschaltern ist erfindungsgemäss die Verwendung einer Legierung vorgesehen, deren Nickel-und Kupfergehalt im binären System Nickel-Kupfer in dem von dem Viereck A (80,5 Gew.-% Nickel, 0 Gew.-% Kupfer), B (82 Gew.-% Nickel, 0 Gew.-% Kupfer), C (70 Gew.-% Nickel, 16,5 Gew.-% Kupfer), D (70 Gew.-% Nickel, 14,4 Gew.-% Kupfer) begrenzten Gebiet liegt, deren Molybdängehalt z in Gew.-% bei gegebenem Nikkelgehalt x in Gew.-% der Bedingung

genügt und die im wesentlichen als Rest Eisen enthält. Ein Ringbandkern aus dieser Legierung wird zunächst 30 min lang zwischen 900 und 1200°C geglüht und dann entsprechend dem Molybdängehalt derart zwischen 450 und 550°C angelassen, dass die magnetische Anisotropie K, bei einer Temperatur zwischen -5 und +30°C gleich 0 wird.
Derartige Ringbandkerne eignen sich insbesondere als Summenstromwandlerkerne für pulsstromsensitive Fehlerstromschutzschalter mit einer Auslösestromstärke von 30 mA.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Ringbandkernen für Fehlerstromschutzschalter, bei welchem ein aus einem 0,05 bis 0,3 mm dicken Band aus einer Nickel-Molybdän-Kupfer-Eisen-Legierung gewickelter Ringbandkern verschiedenen Wärmebehandlungen unter nichtoxidierender Atmosphäre unterzogen wird.

[0002] Fehlerstromschutzschalter enthalten üblicherweise einen Summenstromwandler, der aus einem Magnetkern mit Primärwicklungen zum Anschluß an einen zu überwachenden Stromkreis und mit einer Sekundärwicklung besteht, wobei die letztere die Erregerwicklung eines auf ein Schaltschloß für eine Schalteinrichtung einwirkenden Auslösemagneten speist. Tritt im zu überwachenden Stromkreis ein Wechselstrom-Fehlerstrom auf, so entsteht in der Sekundärwicklung eine Spannung, auf die der Auslösemagnet anspricht. Dieser betätigt das Schaltschloß der Schaltvorrichtung, welche den zu überwachenden Stromkreis unterbricht. Für die Summenstromwandler von Fehlerstromschutzschaltern, die nur auf Wechselstrom-Fehlerströme ansprechen sollen, verwendet man in der Regel Magnetkerne aus einem Material mit hoher Sättigungsinduktion und hoher Maximalpermeabilität bei der Auslösefeldstärke, also relativ steiler Hystereseschleife. Fehlerstromschutzschalter mit solchen Magnetkernen lösen jedoch häufig bei gepulsten Gleichstrom-Fehlerströmen nicht aus, da die durch den gepulsten Gleichstrom im Wandler erzeugte magnetische Flußänderung nicht ausreicht, um in der Sekundärwicklung des Wandlers eine zum Auslösen des Schalters ausreichende Spannung zu induzieren.

[0003] Bei Fehlerstromschutzschaltern, die auch auf gepulste Gleichstrom-Fehlerströme ansprechen sollen, wie sie beispielsweise in Stromkreisen mit Transistorsteuerungen auftreten können, verwendet man daher Ringbandkerne aus sogenannten F-Werkstoffen, die eine niedrige Remanenz und einen relativ großen Induktionshub besitzen. Der letztere muß dabei so groß sein, daß auch eine durch einen pulsierenden, in einer Primärwicklung des Summenstromwandlers fließenden Gleichstrom-Fehlerstrom in der Sekundärwicklung induzierte Spannung zum Betätigen des Auslösemagneten ausreicht. Zusätzlich kann ferner im Sekundärkreis ein Resonanzkondensator vorgesehen sein (DE-PS 20 36 497).

[0004] Ein geeigneter Werkstoff für den Magnetkern des Summenstromwandlers eines solchen Fehlerstromschutzschalters ist u.a. eine Eisen-Nickel-Legierung aus 75 bis 82 Gew.- % Nickel, 2 bis 5,5 Gew.-% Molybdän und 0 bis 5 Gew.-% Kupfer, Rest Eisen mit geringen Desoxidations- und Verarbeitungszusätzen, die einer speziellen Wärmebehandlung unterzogen wurde. Im einzelnen wird dabei ein Ringbandkern aus einem 0,03 bis 0,1 mm dicken Band aus der erwähnten Legierung 2 bis 6 Stunden lang bei einer Temperatur zwischen 950 und 1220°C geglüht, zur Einstellung des Zustandes hoher Anfangspermeabilität einer 1- bis 3-stündigen Anlaßbehandlung im Temperaturbereich von 450 bis 600°C unterzogen und schließlich einer 1- bis 50-stündigen Temperung im Temperaturbereich von 250 bis 400°C unterworfen. Die Temperung erfolgt vorzugsweise in einem Magnetfeld dessen Feldlinien im Glühgut quer zur späteren Richtung des magnetischen Flusses im Ringbandkern verlaufen. Derartige Ringbandkerne besitzen neben einem großen Induktionshub auch eine hohe Anfangspermeabilität. Als Induktionshub ΔB bezeichnet man dabei die Differenz zwischen der Induktion bei Sättigung oder bei maximaler Aussteuerung, beispielsweise bei einer Feldstärke 15 mA/cm, und der Remanenz. Die Impulspermeabilität ist definiert als µ_I = µ₀

, wobei µ₀ die Permeabilität des leeren Raumes und AH den Feldstärkenhub bedeuten (DE-AS 2 044 302, DE-PS 1 558 820, ETZ-A 89 (1968), Seiten 601 bis 604).

[0005] Die bislang bei Fehlerstromschutzschaltern zum Einsatz gekommenen Legierungen aus dem vorstehend genannten Legierungsbereich waren durch entsprechende Bemessung des Nickel- und Kupfer-Gehaltes so ausgewählt, daß die Magnetostriktion λ₁₁₁ in <111>-Richtung etwa gleich 0 ist. Durch die Glühbehandlung und die Anlaßbehandlung wird dabei eine hohe Anfangspermeabilität bei einer Kristallanisotropie K₁ = 0 eingestellt und schließlich mit der Temperung im magnetischen Querfeld eine niedrige Remanenz erhalten. Insgesamt ergeben sich Magnetkerne mit niedriger Remanenz, hoher Impulspermeabilität und großem Induktionshub, die in Fehlerstromschutzschaltern auch auf pulsierende Gleichströme ansprechen.

[0006] In Anbetracht der hohen erforderlichen Stückzahlen solcher Ringbandkerne ist jedoch die dreifache Wärmebehandlung und dabei insbesondere die aufwendige Temperung im magnetischen Querfeld von Nachteil.

[0007] Nun könnte man in Fällen, bei denen nicht unbedingt der maximale Induktionshub erforderlich ist, gegebenenfalls daran denken, die Temperung im magnetischen Querfeld einfach wegzulassen und dafür eine höhere Remanenz und eine entsprechende Verringerung des Induktionshubs in Kauf zu nehmen. Die Folge wäre eine gerundete, nicht mehr ganz so flache Hystereseschleife. Dies ist jedoch, wie eigene Untersuchungen gezeigt haben, bei den bisher für Fehlerstromschutzschalter verwendeten Legierungen mit λ₁₁₁ = 0 nicht möglich, da dann der Induktionshub nicht nur geringer wird, sondern auch hinsichtlich seiner Temperaturkonstanz nicht mehr ausreicht.

[0008] Es hat sich nämlich herausgestellt, daß der Induktionshub bei Abweichungen von derjenigen Umgebungstemperatur stark abnimmt, auf die für die jeweilige Legierung durch die Anlaßbehandlung gerade K1 = 0 eingestellt wurde und bei der damit auch für die entsprechende Anlaßtemperatur das Maximum des Induktionshubs liegt. Ist beispielsweise K_{1 =} 0 durch die Anlaßbehandlung auf eine Umgebungstemperatur von 20°C eingestellt, so hat die mangelnde Temperaturkonstanz des Induktionshubs ΔB zur Folge, daß der Fehlerstromschutzschalter zwar bei einer Umgebungstemperatur von 20°C noch auf einen pulsierenden Gleichstrom-Fehlerstrom anspricht, daß aber bei Änderung der Umgebungstemperatur nach oben oder unten infolge der Verminderung des Induktionshubs die in der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers induzierte Flußänderung nicht mehr ausreicht, um den Schalter auszulösen.

[0009] Aufgabe der Erfindung ist es, Ringbandkerne für Fehlerstromschutzschalter derart herzustellen, daß die Temperung im magnetischen Querfeld entfällt und dennoch die Temperaturkonstanz des Induktionshubs so gut ist, daß der Fehlerstromschutzschalter im üblichen Arbeitstemperaturbereich von -5°C bis +80°C und möglichst noch über diesen Bereich hinaus durch pulsierende Gleichstrom-Fehlerströme sicher ausgelöst wird.

[0010] Dies wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine Legierung verwendet wird, deren Nickel- und Kupfer-Gehalt im binären System Nickel-Kupfer in dem von dem Viereck A (80,5 Gew.-% Nickel, 0 Gew.-% Kupfer), B (82 Gew.-% Nickel, 0 Gew.-% Kupfer), C (70 Gew.-% Nickel, 16,5 Gew.-% Kupfer), D (70 Gew.-% Nickel, 14,4 Gew.-% Kupfer) begrenzten Gebiet liegt, deren Molybdän-Gehalt z in Gew.-% bei gegebenem Nickel-Gehalt x in Gew.-% der Bedingung

genügt und die, abgesehen von geringfügigen Verunreinigungen und den üblichen verarbeitungsfördernden und desoxidierenden Zusätzen, zum restlichen Teil aus Eisen besteht, und daß der Ringbandkern zunächst wenigstens 30 Minuten lang zwischen 900 und 1200°C geglüht und dann entsprechend dem Molybdän-Gehalt derart zwischen 450 und 550°C angelassen wird, daß die magnetische Anisotropie K₁ bei einer Temperatur zwischen -5°C und +30°C gleich 0 wird.

[0011] Im Gegensatz zu den bisher bei Fehlerstromschutzschaltern für pulsierende Gleichstrom-Fehlerströme verwendeten Ringbandkernen aus Legierungen mit einer Magnetostriktion λ₁₁₁ = 0 ist bei den erfindungsgemäß hergestellten Ringbandkernen durch entsprechende Bemessung des Nickel- und Kupfer-Gehaltes die Sättigungsmagnetostriktion λ_s auf etwa 0 eingestellt. Genauer gesagt liegt sie innerhalb des von dem Viereck A-D begrenzten Gebie- _tes zwischen 0,5 · 10-6 und (-1) · 10^-6. Durch entsprechende Abstimmung der Anlaßtemperatur und des Molybdän-Gehaltes wird ferner die Kristallanisotropie K₁ für eine Temperatur zwischen -5°C und +30°C, beispielsweise für eine Temperatur von 20°C, auf etwa 0 eingestellt. Bei vorgegebenem Nickel-Gehalt benötigt man hierzu mit wachsendem Molybdän-Gehalt abnehmende Anlaßtemperaturen. Reduziert man bei vorgegebenem Nickel-Gehalt und vorgegebenem Molybdän-Gehalt die Anlaßtemperatur, so wird die Umgebungstemperatur, für die K₁ = 0 ist, etwas abgesenkt. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ringbandkernen der Induktionshub bei Abweichung von der Umgebungstemperatur, bei der im jeweiligen Fall K₁ = 0 ist und bei der damit das jeweilige Maximum des Induktionshubs liegt, im Temperaturbereich zwischen -10°C und +80°C weit weniger abnimmt, als dies bei Legierungen mit = 0 der Fall ist.

[0012] Besonders günstig ist es, die Ringbandkerne bei einer Temperatur zwischen 900 und 1050°C zu glühen. Dadurch nimmt zwar der maximale Induktionshub im Vergleich zu höheren Glühtemperaturen etwas ab, jedoch wird die Abhängigkeit des Induktionshubs von der Umgebungstemperatur noch weiter verringerte

[0013] Damit das jeweilige Maximum des Induktionshubs in den Bereich der überwiegenden Arbeitstemperatur von Fehlerstromschutzschaltern zu liegen kommt, ist es ferner besonders günstig, die Ringbandkerne zwischen 470 und 520°C in Abhängigkeit vom Molybdän-Gehalt derart anzulassen, daß K₁ bei einer Temperatur zwischen 0 und 200°C gleich Null wird. Die zweckmäßige Dauer der Anlaßbehandlung ist von der Temperatur abhängig. Bei höheren Temperaturen genügen kürzere Zeiten. Bei einer Anlaßtemperatur von 480°C sollte die Anlaßbehandlung mindestens 30 Minuten dauern.

[0014] Die erfindungsgemäß hergestellten Ringbandkerne eignen sich insbesondere für die kleineren Bauarten der pulssensitiven Fehlerstromschutzschalter, also insbesondere für Fehlerstromschutzschalter mit einer Auslösestromstärke von 30 mA und für Ströme von z.B. 25 oder 40 A. Bei weniger empfindlichen Fehlerstromschutzschaltern mit höheren Auslöseströmen werden die Kerne weiter ausgesteuert, so daß man Werkstoffe mit höherer Koerzitivfeldstärke verwenden muß. Bei Schaltern für höhere Ströme ist innerhalb des Kernes in der Regel weniger Platz, so daß man die Anzahl der Windungen der Sekundärwicklung reduzieren muß und deshalb Kerne aus Legierungen mit höheren Induktionshüben benötigt. Selbstverständlich kann man die erfindungsgemäß hergestellten Magnetkerne aber bei ausreichendem Platz auch für solche Fehlerstromschutzschalter verwenden.

[0015] Ferner bieten die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ringbandkerne auch Vorteile als Summenstromwandlerkerne für Fehlerstromschutzschalter für Wechselstrom-Fehlerströme, wenn dort eine besonders gute Temperaturkompensation gewünscht wird.

[0016] Weiterhin sind die erfindungsgemäß hergestellten Ringbandkerne auch für elektronische Schutzschalter hoher Empfindlichkeit geeignet, für die eine geringe Temperaturabhängigkeit der Permeabilität und eine hohe magnetische Stabilität der verwendeten Kerne gefordert wird. Hohe Stabilität bedeutet dabei, daß das Verhältnis remanente Permeabilität zu Permeabilität im entmagnetisierten Zustand möglichst nahe bei 1 liegen soll. Beispielsweise kann der Schutzschalterkern durch einen Kurzschlußstrom in den remanenten Zustand geraten, wonach bei zu niedriger remanenter Permeabilität keine Auslösung beim Nennfehlerstrom mehr erfolgen würde. Anhand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus dem binären System Nickel-Kupfer mit dem erfindungsgemäß auszuwählenden Legierungsbereich.

Figur 2 zeigt schematisch im System Nickel-Molybdän die Molybdän-Gehalte der Legierungen, für die bei vorgegebenem Nickel-Gehalt je nach der angewandten Anlaßtemperatur K₁ bei 20°C etwa Null wird.

Figuren 3 und 4 zeigen für eine beispielhafte anmeldungsgemäße Legierung den statischen bzw. dynamischen Induktionshub bei 20°C in Abhängigkeit von der Anlaßtemperatur.

Figuren 5 und 6 zeigen die Abhängigkeit des statischen bzw. dynamischen Induktionshubs für eine beispielhafte anmeldungsgemäße Legierung und verschiedene Anlaßtemperaturen von der Umgebungstemperatur bei der Messung.

Figuren 7 und 8 zeigen die entsprechende Abhängigkeit für die gleiche beispielhafte Legierung, jedoch mit niedrigerer Glühtemperatur.

Figuren 9 und 10 zeigen die entsprechende Abhängigkeit für eine Vergleichslegierung.

Figur 11 zeigt für eine beispielhafte anmeldungsgemäße Legierung und verschiedene Anlaßtemperaturen die Abhängigkeit der Induktion von der Umgebungstemperatur bei der Messung.

Figur 12 zeigt für eine beispiel-hafte anmeldungsgemäße Legierung die Abhängigkeit der Permeabilität von der Umgebungstemperatur bei der Messung.

[0017] In Figur 1 ist für Nickel-Molybdän-Kupfer-Eisen-Legierungen ein Ausschnitt aus dem binären System Nickel-Kupfer dargestellt. An der Abszisse ist der Nickel-Gehalt, an der Ordinate der Kupfer-Gehalt jeweils in Gewichts-% aufgetragen. Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen liegen in dem Viereck A (80,5 Ni, 0 Cu), B (82 Ni, 0 Cu), C (70 Ni, 16,5 Cu), D (70 Ni, 14,4 Cu). Entlang der Geraden AD ist die Sättigungsmagnetostriktion der Legierungen etwa λ_s = 0,5 . 10^-6, entlang der Geraden BC etwa λ_s = (-1) . 10^-6. Die Legierungen, deren Sättigungsmagnetostriktion λ_s etwa gleich Null ist, liegen auf bzw. in unmittelbarer Nähe der durch den Punkt E (81 Ni, 0 Cu) parallel zu den Geraden AD und BC verlaufenden Geraden EF. Links von der Geraden EF ist also λ_s ≥ 0, rechts von der Geraden EF λ_s ≤ 0. Die bisher bei Ringbandkernen für Fehlerstromschutzschalter eingesetzten Legierungen liegen außerhalb des Vierecks ABCD auf bzw. in unmittelbarer Nachbarschaft der durch den Punkt G (80 Ni, 0 Cu) parallel zu den Geraden AD und BC verlaufenden, unterbrochen gezeichneten Geraden g, die etwa der Magnetostriktion λ₁₁₁ = 0 entspricht.

[0018] Figur 2 zeigt für die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen mit 70 bis 82 Gew.-% Nickel den entsprechenden Ausschnitt aus dem binären System Nickel-Molybdän. An der Abszisse ist wiederum der Nickel-Gehalt, an der Ordinate der Molybdän-Gehalt jeweils in Gewichts-% aufgetragen. Die Geraden a, b und c entsprechen näherungsweise dem zum jeweiligen Nickel-Gehalt gehörenden Molybdän-Gehalt, bei dem die Kristallanisotropie K₁ der entsprechenden Legierung gemessen bei einer Umgebungstemperatur von 20°C etwa gleich Null ist, mit der Anlaßtemperatur als Parameter. Im einzelnen entspricht die Gerade a einer Anlaßtemperatur von etwa 450°C, die Gerade b einer Anlaßtemperatur von etwa 480°C und die Gerade c einer Anlaßtemperatur von etwa 550 C. Die zwischen den Geraden liegenden Bereiche entsprechen den dazwischenliegenden Anlaßtemperaturen.

[0019] Wie man aus Figur 2 sieht, nimmt bei gegebenem Nickel-Gehalt die Anlaßtemperatur, mit der man bei 20°C K₁ ≈ 0 erreichen kann, mit zunehmendem Molybdän-Gehalt tendenziell ab. Wenn x den Nickel-Gehalt in Gewichts-% und z den Molybdän-Gehalt in Gewichts-% bedeuten, entspricht den Geraden a,b und c die Geradengleichung

wobei für die Gerade a etwa C = 63,5, für die Gerade b C = 65,5 und für die Gerade c C = 68,0 ist. Daraus ergibt sich für die zwischen den Geraden a und c liegenden Molybdän-Gehalte z bei gegebenem Nickel-Gehalt x die Bedingung

[0020] Wählt man bei vorgegebenem Nickel- und Molybdän-Gehalt eine niedrigere Anlaßtemperatur, als sie für K₁ = 0 bei 20°C erforderlich ist, so wird für eine etwas niedrigere Umgebungstemperatur K₁ = 0. Umgekehrt erhöht sich die Umgebungstemperatur, für die man K₁ = 0 erhält, wenn man die Anlaßtemperatur über den zur Er- _o erforderlichen Wert zielung von K₁ = 0 bei 20 C/anhebt. Auch bei Wahl einer von 20°C abweichenden Umgebungstemperatur zwischen -5°C und +30°C, bei der K₁ = 0 werden soll, wird man jedoch in der Regel hinsichtlich des Molybdän-Gehaltes der Legierung innerhalb der durch die Geraden a und c in Figur 2 gegebenen Grenzen verbleiben.

[0021] Neben den Hauptlegierungskomponenten Nickel, Kupfer, Molybdän und Eisen können die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen, wie bereits erwähnt, abgesehen von geringfügigen Verunreinigungen, noch die üblichen verarbeitungsfördernden und desoxidierenden Zusätze enthalten, vorzugsweise Mangan bis zu höchstens 1 Gewichts-% und Silizium bis zu höchstens 0,5 Gewichts-%. Besonders günstig sind Mangan-Gehalte bis zu etwa 0,5 Gewichts-/ und Silizium-Gehalte zwischen 0,1 und 0,3 Gewichts-%. Der Gehalt der Legierungen an üblichen Verunreinigungen soll möglichst gering sein.

[0022] Der Einfluß der Legierungszusammensetzung sowie der Glüh- und Anlaßtemperatur auf die Eigenschaften, die für die Verwendung der erfindungsgemäßen Legierungen für Ringbandkerne von pulssensitiven Fehlerstromschutzschaltern wesentlich sind, werden im folgenden an verschiedenen Legierungen beispielhaft dargestellt. Die Zusammensetzung der Legierungen ist in Tabelle 1 in Gewichts-% angegeben. Die Legierungen 1 bis 12 sind erfindungsgemäß zu verwendende Legierungen. Bei der Legierung 13 handelt es sich um eine Vergleichslegierung mit λ₁₁₁ ≈ 0.

[0023] Die Legierungen wurden in üblicher Weise im Vakuum erschmolzen. Die Blöcke wurden auf eine Dicke von 7 mm heiß und dann unter Einschaltung von Zwiscnenglühungen bei Temperaturen zwischen etwa 800 und 1100°C kalt auf eine Enddicke von 0,08 mm gewalzt.

[0024] Das so hergestellte Band wurde in 22 mm breite Streifen geschnitten. Aus diesen wurden in üblicher Weise Ringbandkerne mit einem Außendurchmesser'von 25 mm, einem Innendurchmesser von 17,5 mm und einer der Bandbreite entsprechenden Höhe von 22 mm hergestellt. Die Kerne wurden dann etwa 5'Stunden lang unter Wasserstoff bei Temperaturen im Bereich von 900 bis 1150°C geglüht und dann ebenfalls unter Wasserstoff bei Temperaturen im Bereich von 450 bis 550°C etwa 2 Stunden lang angelassen. Nach dem Anlasser wurden die Kerne zum Einfrieren des Anlaßzustandes an Luft abkühlen gelassen.

[0025] An den so hergestellten Ringbandkernen wurden der statische Induktionshub ΔB_stat und der dynamische Induktionshub ΔB_dyn jeweils bei einer Feldstärkenamplitude H = 15 mA/cm bestimmt. Zu diesem Zweck wurde der Ringbandkern mit einer Erreger- und einer Meßwicklung versehen und der Erregerwicklung Wechselstrom zugeführt. Der bei Zufuhr von einweggleichgerichtetem Wechselstrom gemessene Induktionshub wird als statischer Induktionshub, der bei Zufuhr von zweiweggleichgerichtetem Wechselstrom gemessene Induktionshub als dynamischer Induktionshub bezeichnet. Gemessen wurde bei verschiedenen Temperaturen im Bereich von -20°C bis +80°C, um die Abhängigkeit von ΔB von der Meßtemperatur und damit auch von den in den Fehlerstromschutzschaltern auftretenden unterschiedlichen Betriebstemperaturen zu ermitteln. Ferner wurde die Abhängigkeit von ΔB bei Raumtemperatur, d.h. 20°C, von der Anlaßtemperatur ermittelt.

[0026] Eine Auswahl von Meßergebnissen ist in den Figuren 3 bis 10 und in Tabelle 2 dargestellt.

[0027] In den Figuren 3 und 4 ist die Abhängigkeit von ΔB_stat bzw. ΔB_dyn, gemessen bei 20°C, von der Anlaßtemperatur t_A dargestellt. Die Anlaßtemperatur ist jeweils an der Abszisse in °C, ΔB an der Ordinate in Tesla aufgetragen.

[0028] Die Kurven 1 wurden an der Legierung Nr. 1, die Kurven 2 an der Vergleichslegierung Nr. 13 gemessen. Beide Legierungen waren vor der Anlaßbehandlung einer Glühbehandlung bei 1150°C unterzogen worden. Das Maximum von ΔB wird bei den Kurven 1 jeweils bei einer Anlaßtemperatur von etwa 485°C erreicht. Dieses Maximum entspricht dem Zustand, in dem bei 20°C K₁ = 0 ist. Will man also bei der bei 1150°C geglühten Legierung Nr. 1 für eine Umgebungstemperatur von 20°C K₁ = 0 einstellen, so muß man den Ringbandkern bei etwa 485°C anlassen Entsprechendes gilt auch für die übrigen Legierungen, bei denen sich die zur Einstellung von K₁ = 0 bei 20°C erforderliche Anlaßtemperatur durch Bestimmung des Maximums von ΔB bei 20°C in Abhängigkeit von der Anlaßtemperatur analog ermitteln läßt.

[0029] In den Figuren 5 und 6 sind für die Legierung Nr. 1, die einer Glühbehandlung bei 1150°C unterzogen wurde, ΔB_stat bzw. ΔB_dyn in Abhängigkeit von der Meßtemperatur t_M, d.h. von der während der Messung herrschenden Umgebungstemperatur dargestellt, und zwar für drei verschiedene Anlaßtemperaturen. An der Abszisse ist die Meßtemperatur t_M in °C, an der Ordinate ΔB in Tesla aufgetragen. Die Kurven 11 entsprechen einer Anlaßtemperatur von 485°C, die Kurven 12 einer Anlaßtemperatur von 480°C und die Kurven 13 einer Anlaßtemperatur von 475°C. Die Maxima der Kurven entsprechen jeweils der Umgebungstemperatur, bei der K₁ = 0 ist. Es ist deutlich zu erkennen, daß sich diese Temperatur mit abnehmender Anlaßtemperatur von 20°C nach O°C verschiebt. Man kann also bei vorgegebener Legierung durch unterschiedliche Wahl der Anlaßtemperatur K₁ für verschiedene Umgebungstemperaturen gleich Null machen. Obwohl sich ΔB bei 20°C bei Verschiebung von K₁ = 0 zu tieferen Temperaturen verringert, kann eine solche Verschiebung dennoch günstig sein, weil dabei, wie die Figuren 5 und 6 zeigen, ein flacherer Verlauf der Δ B-Kurven und damit eine Verringerung der Temperaturabhängigkeit von ΔB von der Umgebungstemperatur erzielt werden kann. Will man beispielsweise eine möglichst große Temperaturunabhängigkeit von ΔB_dyn im Temperaturbereich von -20°C bis +80°C erreichen, so ist die Kurve 13 günstig, während sich die Kurve 12 empfiehlt, wenn man nur auf den Temperaturbereich von -5°C bis +80°C Wert legt.

[0030] In den Figuren 7 und 8 ist wiederum ΔB_stat und ΔB_dyn der Legierung Nr. 1 in Abhängigkeit von der Meßtemperatur dargestellt, nun aber für einen Ringbandkern, der vor der Anlaßbehandlung einer fünfstündigen Glühbehandlung bei 950°C unterzogen wurde. Die Kurven 14 entsprechen einer Anlaßtemperatur von 485°C, die Kurven 15 einer Anlaßtemperatur von 480°C und die Kurven 16 einer Anlaßtemperatur von 475°C. Auch hier sieht man wiederum deutlich, daß sich das Maximum von ΔB und damit der Zustand mit K₁ = 0 zu tieferen Temperaturen verschiebt, wenn die Anlaßtemperatur verringert wird. Wie ein Vergleich mit den Figuren 5 und 6 zeigt, nimmt der maximale Induktionshub bei Erniedrigung der Glühtemperatur zwar ab, jedoch werden die ΔB-kurven noch flacher und die Abhängigkeit von ΔB von der Umgebungstemperatur wird noch weiter verringert. Bei den Kurven 16 ist das Maximum von ΔB zu Temperaturen von -20°C oder noch weniger verschoben. Obwohl die Kurven 16 sehr flach verlaufen und wegen der geringen Temperaturabhängigkeit zunächst sehr günstig erscheinen, kommt durch die Verschiebung jedoch das Maximum von ΔB außerhalb des Bereiches der üblichen Arbeitstemperaturen von Fehlerstromschutzschaltern zu liegen und die hauptsächlich interessanten ΔB-Werte bei höheren Temperaturen sind schon verhältnismäßig weit abgesenkt. Eine Verschiebung des Maximums von ΔB und damit von K₁ = 0 auf eine Temperatur unterhalb von -5°C wäre daher für Fehlerstromschutzschalterkerne weniger günstig.

[0031] Die Figuren 9 und 10 zeigen schließlich ΔB_stat und ΔB_dyn der Vergleichslegierung Nr. 13 in Abhängigkeit von der Meßtemperatur. Die Glühbehandlung erfolgte bei 1150°C. Die Kurve 21 entspricht einer Anlaßtemperatur von 480°C, die Kurve 22 einer Anlaßtemperatur von 490°C und die Kurve 23 einer Anlaßtemperatur von 500 C. Im Vergleich mit den Figuren 5 bis 8 wird die sehr starke Abhängigkeit von ΔB der Vergleichslegierung von der Umgebungstemperatur unmittelbar deutlich. Die Vergleichs- legierung Nr. 13 eignet sich daher ohne Temperung im magnetischen Querfeld nicht für Ringbandkerne von pulssensitiven Fehlerstromschutzschaltern.

[0032] Zahlenmäßig sind einige aus den Figuren 3 bis 10 zu entnehmenden Meßergebnisse sowie Meßergebnisse an weiteren Legierung in Tabelle 2 zusammengefaßt. In den einzelnen Spalten dieser Tabelle 2 sind die Legierungs-Nummer, die Glühtemperatur, die Anlaßtemperatur und die Temperatur angegeben, auf die durch die Anlaßbehandlung etwa K₁ = 0 eingestellt ist. Die weiteren Spalten der Tabelle 2 enthalten ΔB_stat und ΔB_dyn bei 20°C in Tesla sowie den Quotienten aus diesen, jeweils gemessen für eine Feldamplitude H = 15 mA/cm. Ferner sind als Maß für die Temperaturarunabhängigkeit von ΔB die Quotienten ΔB_dyn (t_M)/ΔB_dyn (20°C) für t_M = -5°C, 80°C und -24°C angegeben.

[0033] Aus der Tabelle 2 ist zu ersehen, daß auch bei den dort aufgeführten weiteren Legierungen im wesentlichen analoge Verhältnisse vorliegen, wie sie bereits an Hand der Figuren 3 bis 10 erläutert wurden.

[0034] Bei Ringbandkernen für pulssensitive Fehlerstromschutzschalter mit einer Auslösestromstärke von 30 mA und für Ströme von 25 oder 40 A soll für eine mittlere Aussteuerung von 15 mA/cm bei 20°C ΔB_dyn ≥ 0,08 T, vorzugsweise ≥ 0,1 T, sein. Die Temperaturstabilität hat sich als ausreichend erwiesen, wenn ΔB_dyn (t_M) /Δ B_dyn (20°C) - 0,75 für t_M = -5°C und t_M = 80°C gilt. Ferner sollte bei ²⁰°^C vorzugsweise ΔB_stat / ΔB_dyn ≤ 1,3 sein.

[0035] Wie Tabelle 2 zeigt, lassen sich diese Bedingungen im wesentlichen bei allen Legierungen Nr. 1 bis 12 erfüllen, wenn man Legierungszusammensetzung und Wärmebehandlung so aufeinander abstimmt, daß boi einer Temperatur zwischen -5°C und 30°C K₁ = 0 wird. Bei den meisten Legierungen ist die oben erwähnte Bedingung für die Temperaturstabilität auch für t_M = -20°C erfüllt. Dagegen lassen sich die Bedingungen für die Temperaturstabilität bei der Vergleichslegierung Nr. 13 nicht erfüllen, wie auch schon die Figuren 9 und 10 gezeigt haben.

[0036] Die in der Tabelle 1 und 2 aufgeführten Legierungen liegen innerhalb des Vierecks ABCD in Figur 1 überwiegend in dem bevorzugten Bereich zwischen etwa 4 und 5 Gewichts-% Kupfer, und zwar vorzugsweise zwischen den Geraden AD und EF. Jedoch zeigen die in Tabelle 2 für die Legierungen Nr. 7 bis 10 angegebenen Meßergebnisse, daß sich auch die im übrigen Gebiet des Vierecks ABCD gelegenen Legierungen für Ringbandkerne von pulssensitiven Fehlerstromschutzschaltern eignen. Nachzutragen ist noch, daß die Sättigungsinduktionen der Legierungen Nr. 1 bis 12, gemessen jeweils bei einer Aussteuerung 1 A/cm, zwischen etwa 0,60 und 0,67 T liegen. Die Sättigungsinduktion der Vergleichslegierung Nr. 13 beträgt 0,75 T.

[0037] Wie bereits erwähnt, bieten die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ringbandkerne auch Vorteile als Summenstromwandlerkerne von Fehlerstromschutzschaltern für Wechselstrom-Fehlerströme. Üblicherweise wird für solche Fehlerstromschutzschalter gefordert, daß die Änderung der Induktion im Arbeitspunkt innerhalb des Temperaturbereichs zwischen -5°C und 80°C, teilweise auch zwischen -10°C und 80°C, bezogen auf den Wert bei 20°C < + 20 % sein soll. Es besteht jedoch die Tendenz, eine entsprechende Temperaturkonstanz bis -25°C zu fordern. Auch hier bieten die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ringbandkerne eine Lösung, wie aus Figur 11 zu erkennen ist. In Figur 11 ist für die Legierung Nr. 6 die Abhängigkeit der Induktion B, gemessen bei einer effektiven Feldamplitude von 5,5 mA/cm von der Meßtemperatur dargestellt. Die Meßtemperatur t_M ist an der Abszisse, die Induktion B in Tesla an der Ordinate aufgetragen. Gemessen wurde an Ringbandkernen, die zunächst 5 Stunden lang bei 1150°C geglüht und dann 2 Stunden lang bei unterschiedlichen Temperaturen angelassen worden waren. Kurve 31 entspricht einer Anlaßtemperatur von 475°C, Kurve 32 einer Anlaßtemperatur von 470°C und Kurve 33 einer Anlaßtemperatur von 465°C. Auch hier erkennt man wieder die Verschiebung des Maximums der Induktion von 20°C nach 0°C bzw. -20°C mit abnehmender Anlaßtemperatur. Verbunden damit ist zwar eine Abnahme der Induktion bei 20°C, jedoch ist durch die Kurve 32 mit dem Maximum bei 0°C die Bedingung einer Temperaturkonstanz von ± 20 % praktisch im gesamten Temperaturbereich zwischen -25°C und 80°C erfüllt.

[0038] Zum Vergleich ist in Figur 11 noch die Kurve 4 eingetragen, die an einem Ringbandkern aus einer Vergleichslegierung mit λ₁₁₁ ≈ 0 gemessen wurde. Der Ringbandkern aus dieser Legierung, die aus 77,0 Gew.-%Nickel, 4,4 Gewichts-% Kupfer, 3,9 Gewichts-% Molybdan, 0,47 Gew.-% Mangan 0,14 Gewichts-% Silizium, Rest Eisen besteht, wurde zunächst 5 Stunden lang bei 1150°C geglüht und dann zur Einstellung des Maximums der Induktion auf 0°C 2 Stunden lang bei 480°C angelassen. Wie man sieht, fällt die Kurve 4 zu tieferen und höheren Temperaturen erheblich stärker ab als die Kurve 32. Die Forderung für die Temperaturkonstanz läßt sich daher mit der Vergleichslegierung nicht erfüllen.

[0039] Ferner eignen sich die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ringbandkerne auch noch für elektronische Schutzschalter hoher Empfindlichkeit. Von Ringbandkernen für solche Schalter wird neben einer geringen Temperaturabhängigkeit der Permeabilität eine hohe magnetische Stabilität gefordert. Hohe Stabilität bedeutet, daß das Verhältnis von remanenter Permeabilität zur Permeabilität im entmagnetisierten Zustand möglichst nahe bei 1 liegen soll. Der Schutzschalterkern kann nämlich beispielsweise durch einen Kurzschlußstrom in einen remanenten Zustand kommen. Wenn dann die remanente Permeabilität, d.h. die im Remanenzpunkt gemessene Permeabilität zu niedrig ist, erfolgt beim Nennfehlerstrom keine Auslösung. In Figur 12 stellt nun die Kurve 5 die relative Permeabilität µ, gemessen bei einer Aussteuerung von 1,5 mA/cm, für einen Ringbandkern aus der Legierung Nr. 6 in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur dar. An der Abszisse ist wiederum die Meßtemperatur t_M, an der.Ordinate die Permeabilität µ aufgetragen. Der Ringbandkern,an dem die Werte gemessen wurden, wurde zunächst 5 Stunden lang bei 1000°C geglüht und dann zur Einstellung des Maximums von µ, auf 0°C 2 Stunden lang bei 470°C angelassen. Kurve 6 wurde an einem Ringbandkern aus einer Vergleichslegierung mit λ₁₁₁ = 0 aus 76,7 Gewichts-% Nickel, 4,35 Gewichts-% Kupfer, 3,85 Gewichts-% Molybdän, 0,42 Gewichts-% Mangan, 0,15 Gewichts-% Silizium, Rest Eisen, gemessen. Dieser Ringbandkern war nach einer fünfstündigen Glühbehandlung bei 1000°C 2 Stunden lang bei 480°C angelassen worden. Die Kurven 5 und 6 stimmen zwar weitgehend überein, jedoch fällt die Kurve 6 zu tieferen Temperaturen stärker ab als die Kurve 5. Die Temperaturkonstanz der Legierung Nr. 6 ist daher besser als die der Vergleichslegierung. Von besonderer Bedeutung ist jedoch, daß die Stabilität, also der Quotient aus Permeabilität im Remanenzpunkt und der Permeabilität im entmagnetisierten Zustand, bei 20°C für den Ringbandkern aus der Legierung Nr. 6 0,76, für den Ringbandkern aus der Vergleichslegierung jedoch nur 0,47 beträgt. Die Stabilität des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ringbandkernes ist daher erheblich höher als die des Ringbandkernes aus der Vergleichslegierung. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Ringbandkerne bringen daher auch beim Einsatz in elektronischen Schutzschal tern erhebliche Vorteile.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von Ringbandkernen für Fehlerstromschutzschalter, wobei ein aus einem 0,05 bis 0,3 mm dicken Band aus einer Nickel-Molybdän-Kupfer-Eisen-Legierung gewickelter Ringbandkern verschiedenen Wärmebehandlungen unter nichtoxidierender Atmosphäre unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet , daß eine Legierung verwendet wird, deren Nickel- und Kupfer- Gehalt im binären System Nickel-Kupfer in dem von dem Viereck A (80,5 Gew.-% Nickel, 0 Gew.-% Kupfer), B (82 Gew.-% Nickel, 0 Gew.-% Kupfer), C (70 Gew.-% Nickel, 16,5 Gew.-% Kupfer), D (70 Gew.-% Nickel, 14,4 Gew.-% Kupfer) begrenzten Gebiet liegt, deren Molybdän-Gehalt z in Gew.-% bei gegebenem Nickel-Gehalt x in Gew.-% der Bedingung

genügt und die, abgesehen von geringfügigen Verunreinigungen und den üblichen verarbeitungsfördernden und desoxidierenden Zusätzen, zum restlichen Teil aus Eisen besteht, und daß der Ringbandkern zunächst wenigstens 30 Minuten lang zwischen 900 und 1200°C geglüht und dann entsprechend dem Molybdän-Gehalt derart zwischen 450 und 550°C angelassen wird, daß die magnetische Anisotropie K₁ bei einer Temperatur zwischen -5⁰ und +30°C gleich 0 wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Ringbandkern bei einer Temperatur zwischen 900 und 105°C geglüht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Ringbandkern zwischen 470 und 520°C in Abhängigkeit vom Molybdän- Gehalt derart angelassen wird, daß K₁ bei einer Temperatur zwischen 0 und 20°C gleich 0 wird.

4. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellten Ringbandkerns als Summenstromwandlerkern für pulssensitive Fehlerstromschutzschalter.

5. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellten Ringbandkerns als Summenstromwandlerkern mit besonders hoher Temperaturkonstanz für wechselstromfehlerstrom-sensitive Fehlerstromschutzschalter.

6. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellten Ringbandkerns für elektronische Schutzschalter.

Zeichnung