Joch für einen vorzugsweise in einem Fehlerstrom-Schutzschalter einsetzbaren Magnetauslöser

Abstract

 Das Joch (16) ist für einen mit Vorteil in einem Fehlerstrom-Schutzschalter einsetzbaren Magnetauslöser mit einem das Joch (16) und einen beweglichen Anker (8) enthaltenden magnetischen Kreis bestimmt. Es enthält zwei feststehende Polbleche (13, 14), welche unter Bildung eines magnetischen Widerstands vorgegebener Grösse durch Abstandsmittel voneinander getrennt sind. Das Joch (16) enthält ferner mindestens ein die Polbleche (13, 14) zusammenhaltendes Verbindungselement. Um eine kostengünstige Fertigung des Joches (16) in grossen Stückzahlen zu ermöglichen, sind die beiden Polbleche (13, 14) voneinander diaphragmafrei beabstandet, und sind mindestens zwei jeweils als Schweissstelle ausgeführte Verbindungselemente vorgesehen, welche die beiden Polbleche jeweils stegförmig überbrücken. Alternativ können das mindestens eine Verbindungselement und die Abstandsmittel von einer zwischen den beiden Polblechen (13, 14) angeordneten Lötschicht oder einer Klebschicht aus polymerem Material und einem in das polymere Material eingebetteten und als Abstandshalter dienenden Füllstoff gebildet sein.

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

[0001] 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

[0002] 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.

[0003] 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

[0004] 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.

[0005] 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

[0006] 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

[0007] 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.

[0008] 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 gegebenenfalls vorgesehenen, magnetisch schlecht leitenden Diaphragma 15 gebildetes Joch 16 sowie einen konstanten magnetischen Dauerfluss in das Joch 16 einspeisenden quaderförmigen Permanentmagneten 17. Das gegebenenfalls vorgesehene Diaphragma 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. Anstelle eines Diaphragmas 15 kann auch ein schmaler Luftspalt vorgesehen sein.

[0009] 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 als Diaphragma 15 wirkender 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.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] 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.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] Statt mit einer oder mehreren Schweissstellen können die Polbleche auch mit einer zwischen den beiden Polblechen 13, 14 angeordneten Lötschicht verbunden und zugleich voneinander beabstandet sein. Die als Diaphragma 15 wirkende Lötschicht sollte mit Vorteil Abstandshalter, wie insbesondere Drahtabschnitte und/oder kugelförmige Festkörper, enthalten. Das Aufbringen der Lötschicht kann bei geeigneter Wahl des Lötmaterials, wie insbesondere Kupfer oder einer Kupferlegierung, kombiniert werden mit einem für die Einstellung der erwünschten magnetischen Eigenschaften der Polbleche notwendigen Glühvorgang, welcher bei Temperaturen zwischen 900 bis 1000°C, typischerweise bei einer Temperatur von 960°C, ausgeführt wird.

[0016] Das Verbindungselement und die Abstandsmittel können auch von einer zwischen den beiden Polblechen 13, 14 angeordneten Klebschicht gebildet sein. Eine solche ebenfalls als Diaphragma 15 wirkende Klebschicht enthält vorzugsweise polymeres Material und in das polymere Material eingebetteten und als Abstandshalter dienenden Füllstoff. Das polymere Material wird in bevorzugter Weise von einem Zweikomponentenkleber, etwa auf der Basis von Epoxid, gebildet. Der Füllstoff kann mit Vorteil von einem Gewebe oder Vlies oder von einem kugelförmige Teilchen aufweisenden Pulver gebildet sein.

[0017] Die Löt- bzw. die Klebschicht erstreckt sich im allgemeinen als kompakte, zusammenhängende Fläche, kann aus fertigungstechnischen Gründen gegebenfalls aber auch von beliebig oder gezielt verteilten Punkten und/oder flächenhaften Teilbereichen gebildet sein.

Bezugszeichenliste

[0018] 

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

Diaphragma

16

Joch

17

Permanentmagnet

18, 19

Flächen

20, 21

Schweissstellen

22

Polblechansatz

Ansprüche

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 ein Verbindungselement zusammengehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Polbleche (13, 14) voneinander diaphragmafrei beabstandet sind, und dass mindestens zwei jeweils als Schweissstelle (20, 21) ausgeführte Verbindungselemente vorgesehen sind, welche die beiden Polbleche (13, 14) jeweils stegförmig überbrücken.

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 vorgebene 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 1 mm², 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.

8. 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 ein Verbindungselement zusammengehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungselement und die Abstandsmittel von einer zwischen den beiden Polblechen angeordneten Lötschicht gebildet ist.

9. Joch nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötschicht Abstandshalter, wie insbesondere Drahtabschnitte und/oder kugelförmige Festkörper, enthält.

10. Joch nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das als Lötschicht ausgeführte Verbindungselement bei einem für die Einstellung der magnetischen Eigenschaften der Polbleche (13, 14) notwendigen Glühvorgang gebildet ist.

11. Joch (16) für einen vorzugsweise in einem FehlerstromSchutzschalter 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 ein Verbindungselement zusammengehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungselement und die Abstandsmittel von einer zwischen den beiden Polblechen angeordneten Klebschicht aus polymerem Material und einem in das polymere Material eingebetteten und als Abstandshalter dienenden Füllstoff, vorzugsweise auf der Basis eines Gewebes, eines Vlieses oder eines zumindest annähernd kugelförmige Teilchen enthaltenden Pulvers, gebildet ist.

Zeichnung