Die Erfindung bezieht sich auf einen Fehlerstromschutzschal¬ ter, dessen betriebsführende Leiter mit einem Kern verket¬ tet sind, dessen magnetischer Induktionsfluß im Fehlerfall das Ansprechen eines Auslösers bewirkt, indem ein Anker des Auslösers bei Oberlagerung eines Dauermagnetfeldes mit einem vom Fehlerstrom bewirkten Magnetfeld vom magnetischen System des Auslösers abfällt.

Bei den bisher üblichen Fehlerstromschutzschaltern wird der Fehlerstrom dadurch festgestellt, daß die betriebsstrom¬ führenden Leiter als Spulen über den Kern eines Summen- Stromwandlers gewickelt sind. Falls ein Fehlerstrom fließt, der aus Wechselstrom besteht, wird in einer Sekundärspule ein Wechse.lstrom hervorgerufen, der durch die Spule des magnetischen Systems, mit einem Dauermagneten, des Auslö- sers geleitet wird. Die dabei erzeugte Durchflutung ver¬ mindert den vom Dauermagneten erzeugten Induktionsfluß und damit die Anziehungskraft, auf den Anker des Auslösers. Der Anker wird freigegeben, er fällt ab, wodurch der Fehler- s-.ro...sc_-_-__.->c_ialtür abschaltet.

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Wenn jedoch ein aus Gleichstrom, bestehender Fehlerstrom fließt, so wird dieser vom Wandler herkömmlicher Art nicht übertragen und die Abschaltung unterbleibt. Wenn der Gleich¬ strom so stark ist, daß die Induktion des Dauermagneten des Auslösers sich im Sättigungsgebiet befindet, so reagiert ein solcher Fehlerstromschutzschalter selbst bei einem zu¬ sätzlich auftretenden Fehlerstrom mit Wechselstromkompo¬ nenten überhaupt nicht mehr bestimmungsgemäß.

Ein Fehlerstromschutzschalter, dessen magnetischer Fluß im Anker durch Überlagerung- zweier Magnetflüsse aufgehoben wird, arbeitet nach dem Gegenerregungsprinzip.

Nach dem Sperrmagnetprinzip wird der Magnetfluß zum Anker unterbunden. Es ist bekannt, in einem nach dem Sperrmag- netprinzip arbeitenden ^" Fehlerstromschutzschalter die be- ^• - tr.iebsstromführenden Leiter direkt durch Polschenkelfen¬ ster des Sperrmagneten zu führen (DE-OS 19 09 085). Bei einem solchen Fehlerstromschutzschalter wirkt sich die Remanenz ungünstiger aus als bei den derzeit üblichen

Fehlerstromschutzschaltern, die nach dem Gegenerregungs- • prinzip arbeiten. Dies liegt an den erforderlichen größeren magnetischen Systemen zu Halten des Ankers, da die dicken betriebsstromführenden Leiter durch ein Fenster des mag- netischen Systems, des sogenannten Sperrmagneten, gelegt werden. Die Länge der magnetischen Kraftlinien wird dabei etwa zehnmal größer als bei den derzeit üblichen Fehler¬ stromschutzschaltern, die nach dem Gegenerregungsprinzip arbeiten. Andererseits will man die Dimensionen des Ankers nicht vergrößern, da sonst die zur Auslösung nötige Ener¬ gie ansteigt. Auf einen kleinen Anker wirkt sich jedoch ein im magnetischen System bestehender Remanentmagnetismus viel stärker aus. Die Folgen dieser Remanenz können sein,

daß der Schialter nach einer voraufgegangenen Abschaltung, die einen Remanentmagnetismus hinterlassen hat, nicht mehr eingeschaltet bleiben kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fehler¬ stromschutzschalter zu entwickeln, der auf gleichstrom- komponenten ansprechen kann und ohne elektrische Obertra- gungsmittel, wie Sekundärspule, auskommt. Die Lösung der geschilderten Aufgabe besteht darin, daß der Kern seiner- selts in mehreren .Windungen die betriebsstromführenden Lei¬ ter umschließt und daß der Kern Teil des magnetischen Sy¬ stems des Auslösers ist.

Bei Gleichstrom einer bestimmten Richtung kann der Fehler- Stromschutzschalter ansprechen, da auch ein Gleichstrom- Fehlerstrom im magnetischen System des Auslösers 'einen Mag¬ netfluß erzeugen kann, weil die betriebsstromführenden Lei¬ ter direkt durch den Kern geführt sind. Dabei werden jedoch die Nachteile der bekannten Fehlerstromschutzschalter, die. nach dem Prinzip des Sperrmagneten arbeiten, vermieden, da die betriebsstromführenden Leiter beim erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalter eine erhöhte Durchflutung be¬ wirken.

Durch ein- zweites magnetisches System, das bei Gleichstrom entgegengesetzter Polarität anspricht, kann sonach ein Feh- lerstromschutzschalter gebaut werden, der auf Gleichstrom- Fehlerstrδme beliebiger Richtung anspricht, wie es an sich bekannt ist (DE-0S 21 63 402).

Darüber hinaus kann man nach einer Weiterbildung die Re¬ manenz dadurch abbauen, daß der Kern zumindest auf einem

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Teil seiner Länge in zwei Bahnen aufgeteilt ist und daß . auf jeder dieser Bahnen eine Spule gewickelt ist, die an einer Wechselstromquelle angeschlossen ist, und die zu¬ sammen einen magnetischen Umlaufsinn ergeben. Man kann den Kern auch hohl ausbilden, so- daß er einen elektri¬ schen Leiter aufnehmen kann, der an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist.

Einen Fehlerstromschutzschalter nach dem Gegenerregungs- prinzip kann man so aufbauen, daß das magnetische System des Auslösers aus drei beidseits endständig miteinander verbundenen Schenkeln besteht, dessen einer Schenkel den - Kern für die betriebsstromführenden Leiter bildet und in dessen einem der anderen Schenkel der Dauermagnet und der Anker des Auslösers angeordnet sind. Dadurch wird die Weg¬ länge des vo Dauermagneten erzeugten magnetischen Flusses, der den Anker festhält, verkürzt und der Streufluß vermin- dert. Man kann auch das magnetische System des Auslösers aus drei beidseits endständig miteinander verbundenen Schenkeln aufbauen, wobei einer der Schenkel den Kern für die betriebsstromführenden Leiter bildet und wobei in den anderen Schenkeln der Dauermagnet bzw. der Anker des Auslösers angeordnet sind.

Man kann- im magnetischen System des Auslösers des Fehler- stromschutzschal,ters eine magnetische Spannung einprägen, wobei der Induktionsfluß im magnetischen System des Aus¬ lösers dann vom Innenwiderstand des Dauermagneten unab¬ hängig wird. Dies erzielt man einfach dadurch, daß der Dauermagnet an einem Schenkel des magnetischen Systems seitlich anliegt, wie es in den Figuren 4, 5 und 2 ver¬ anschaulicht ist.

Man kann einen Fehlerstromschutzschalter erfindungsgemäß

auch einfach dadurch aufbauen, daß das magnetische Sy¬ stem des Auslösers einen geschlossenen Kreis bildet, in dem zwischen dem Kern für die betriebsstromführenden Leiter und dem Anker des Auslösers zumindest ein Dauermagnet liegt und daß bei zwei Dauermagneten diese in einer Flußrichtung angeordnet sind.

Die Erfindung soll anhand von in der Zeichnung grob sche¬ matisch wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher er- - läutert werden:

In den Fig. 1 und 2 ist veranschaulicht, wie man eine Span¬ nungsquelle mit eingeprägter magnetischer Spannung herstel¬ len kann. In Fig. 3 ist der prinzipielle Aufbau eines Fehlerstrom- schutzschalters ^" wiedergegeben.

In Fig. 4 ist eine Ausgestaltung des Fehlerstromschutzschal¬ ters dargestellt. In Fig. 5 ist eine weitere Ausgestaltung des Fehlerstrom- schutzschalters wiedergegeben.

In Fig. 6 ist eine Weiterbildung des Fehlerstromschutzschal¬ ters dargestellt.

In Fig. 7 ist ein andersartig weitergebildeter Fehlerstrom¬ schutzschalter dargestellt.

Der Fehlerstromschutzschalter nach Fig. 3 weist ein mag¬ netisches System 1 aus magnetisch leitendem Material auf. Hierfür eignet sich Weicheisen oder eine hochpermeable Nickel-Eisen-Legierung. Ein Kern 3, der um die betriebs- stromführenden Leiter 8 gewickelt ist, ist Teil des mag¬ netischen Systems. Der Kern 3 kann aus Weicheisen oder einer hochpermeablen Nickel-Eisen-Legierung bestehen.

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Dieser Draht wird beispielsweise mehrere Male durch das Loch bzw. Fenster der Spulen 5, für je einen-betriebs¬ stromführenden Leiter 8, hindurchgeführt. Der Einfachheit halber ist in den Figuren der Zeichnung jeweils nur eine Spule 5 für einen betriebsstromführenden Leiter 8 darge¬ stellt. Der betriebsstromführende Leiter 8 könnte durch den spulenför ig ausgebildeten Kern 3 auch lediglich ein¬ fach, also nicht in Form einer Spule durchgeführt sein.

Wie bei einem Transformator die elektrische Spannung der Sekundärspule um so größer wird, je höher die Windungs¬ zahl der Sekundärspule ist, so wird hier die magnetische Spannung mit der Zahl der Windungen des Kerns höher. Da¬ durch wird die vom betriebsstromführenden Leiter bewirk- te Durchflutung gesteigert.

Nach Fig. 3 wird der Magnetfluß zum Halten eines Ankers 4 durch Dauermagneten 11a und 11b erzeugt. Die Dauermagneten 11a und 11b sind so angeordnet, daß sie eine magnetische Induktion einer Umlaufrichtung erzeugen und daß zwischen Anker 4 und Kern 3 möglichst wenig Streulinien auftreten können. Der Anker 4 wirkt in üblicher Weise auf ein Schalt¬ schloß 6. Mit 7 ist die Umlaufrichtung einer von den Dauer¬ magneten 11a und 11b erzeugten magnetischen Induktion ver- anschaulicht. Der Kern 3 umschließt die betriebsstromfüh¬ renden Leiter 8 in mehreren Windungen. Ein minimaler Ab¬ stand zwischen den einzelnen Windungen des Kerns 3 läßt sich dadurch erzielen, daß um das magnetisch leitende Ma¬ terial eine Hülle aus unmagnetischem Material als Distanz- ^" halter aufgezogen wird.

Die Anordnung nach Fig. 3 kann als eine Serienschaltung

einer Magnetspannungsquelle, bestehend aus den Dauermag¬ neten 11a und 11b, mit einem Kern 3 und dem Anker 4 auf¬ gefaßt werden. Der Fehlerstromschutzschalter spricht an, wenn ein Fehlerstrom im Kern 3 einen magnetischen Fluß entgegen der Induktionsrichtung 7 erzeugt, so daß durch den Anker 4 kein oder nur so wenig magnetischer Fluß fließt, daß der Anker 4 abfallen und das Schaltschloß 6 auslösen kann. Dieses bewirkt dann in üblicher Weise die Unterbrechung der betriebsstromführenden Leiter an vor- gesehenen Schaltkontakten.

Zur Unterdrückung des remanenten Magnetismus kann man den - Kern nach Fig. 6 in seiner Länge in zwei Bahnen aufteilen. Der Induktionsflußleiter des magnetischen Systems ist dort in die Bahnen 3a und -3b- aufgeteilt. Auf jede dieser Bah¬ nen ist eine .Spule" 61 und 62 gewickelt. Die Spulen 61 .und 62 sind am einen Ende bei 63 verbunden und an ihrem ande¬ ren Ende 64 bzw. 65 mit einer Wechselstromquelle 66 ver¬ bunden. Der Aufbau entspricht im übrigen dem nach Fig. 4, wobei der Permanentmagnet mit 11 bezeichnet ist. Der von den Spulen 61 und 62 erzeugte Induktionsfluß verläuft in . Richtung des Umlaufssinns 7, falls der Wechselstrom im Augenblick der Betrachtung vom Punkt 65 zum Punkt 64 fließt.

Der von den beiden Spulen 61 und 62 erzeugte Induktionsfluß verläuft über die Bahnen 3a und 3b des Kerns, jedoch nicht über den Schenkel des Auslösemagneten mit dem Anker 4. Er stört also den magnetischen Fluß, der den Anker 4 fest- hält, nicht; er baut jedoch den remanenten Magnetfluß ab. Die Bahnen 3a und 3b des Kerns weisen günstigerweise glei¬ chen Querschnitt auf.

Man kann die Remanenz auch dadurch vermindern, daß der Kern 3 hohl ausgebildet wird und einen elektrischen Lei¬ ter 71 aufnimmt, der an eine Wechselstromquelle 66 ange¬ schlossen ist, wie es in Fig. 7 bei grundsätzlichem Aufbau nach Fig. 4 veranschaulicht ist. Betriebsstromführende Lei¬ ter sind einzeln eingezeichnet, L1 , L2, L3, N, und gemein¬ sam mit 8 bezeichnet. Bei einem Aufbau nach Fig. 7 ist der Induktionsflußleiter für den Kern 3 beispielsweise ein Rohr aus weichmagnetischem Material. Durch dieses Rohr kann ein elektrisch isolierter Kupferdraht geführt werden. Der ihn durchfließende Wechselstrom bewirkt einen Induktionsfluß, der innerhalb der Wandung des Rohres eine Bahn beschreibt ^{~~ '} die die Form eines Kreises hat, dessen Zentrum auf der gedachten Mittelachse des Rohres liegt.

Zur Verkürzung des Weges, den der magnetische Fluß, welcher den Anker des Auslösers hält, zurücklegen muß, also zwi- s-chen einem als Magnetspannungsquelle dienenden Dauermagnete und dem Anker, kann man das magnetische System 1 des Auslö- sers entsprechend Fig. 4 ausbilden. Auch dieser Fehlerstro - schutzschalter arbeitet ebenso wie der nach Fig. 3 nach dem - Prinzip der Gegenerregung. Die betriebsstromführenden Lei¬ ter 8, im Ausführungsbeispiel ist nur eine Spule 5 darge¬ stellt, sind mit dem spulenförmigen Kern 3 verkettet. Das magnetische System 1 des Auslösers besteht aus drei beid¬ seits endständig miteinander verbundenen Schenkeln 41 , 42 und 43. Die Verbindungsstellen sind mit 44 und 45 bezeich¬ net.

Der Fehlerstromschutzschalter nach Fig. 4 löst dann aus, wenn der in der Anordnung der Spulen 5, von denen der Über¬ sichtlichkeit .s'egen wieder nur eine Spule 5 dargestellt

ist, fließende Strom im Kern 3 einen magnetischen Fluß hervorruft, der hier von links nach rechts verläuft. Ein Teil dieses Flusses fließt über den Schenkel 41. Hier überlagert er sich dem Fluß, der den Anker hält - Fluß- richtung 7. Da beide Flüsse entgegengesetzte Richtung haben, vermindert sich der über den Anker fließende ge¬ samte Fluß und der Anker fällt ab.

Man kann das magnetische System des Auslösers nach Fig. 5 auch aus drei beidseits endständig miteinander verbundenen Schenkeln 41, 42, 43 aufbauen, wobei ein Schenkel den Kern 3 für die betriebsstrpmführenden Leiter bildet und wobei in den anderen Schenkeln 42, 41 der Dauermagnet -- - 11 bzw. der Anker 4 angeordnet sind. Auch dieser Fehler- Stromschutzschalter arbeitet nach dem Prinzip der Gegen¬ erregung; der Anker 4 fällt also ab, wenn im Kern 3 ein Fluß induziert wird, der -. anhand der Zeichnung orientiert - . von links nach rechts, also von der Verbindungsstelle 44 über den Kern 3 zur Verbindungsstelle 45 verläuft.

Legt man einen Dauermagneten nach Fig. 1 auf einen flachen Induktionsflußleiter, also auf einen magnetisch leitenden - Körper, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, wobei der Ab¬ stand zwischen Dauermagnet 11 und Induktionsflußleiter 22 übertrieben dargestellt ist, so erhält man eine Anordnung, die man als Magnetspannungsteiler, also als einen Span¬ nungsteiler für magnetische Spannung, bezeichnen kann, in Anlehnung an die Wirkungsweise eines elektrischen Spannungs¬ teilers. Man kann den Dauermagnet 11 als Quelle für einen Induktionsfluß ansehen, deren innerer Widerstand hoch ist. Gemäß Fig. 2 fließt der größte Teil des Induktionsflusses vom Nordpol N über den darunter liegenden Induktionsflu߬ leiter 22 zum Südpol S. Der zwischen Nordpol und Südpol

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auftretende Abfall der magnetischen Spannung stellt einen Teil der vom Dauermagneten verfügbaren Urspannung dar. Die Anordnung nach Fig. 2 wirkt daher nach außen wie eine Quel- le für magnetische Spannung. Auch ein rohrförmiger Dauer- magnet, der in Längsrichtung magnetisiert ist und über einen Induktionsflußleiter nach Fig. 3 geschoben wird, stellt eine solche Magnetspannungsquelle dar. Voraussetzung ist in beiden Fällen, daß der Schenkelabschnitt, der am Dauermagnet anliegt, bzw. vom rohrförmigen Dauermagnet u - schlössen wird, magnetisch ungesättigt ist. Das heißt, daß der vom Dauermagneten in den Schenkel eintretende Fluß nicht zu stark ist.

Andernfalls, wenn der magnetische Schenkel gesättigt ist, hat man eine Quelle für konstanten magnetischen Fluß, die im nachfolgenden kurz Flußquelle genannt wird. Eine magne¬ tische Flußquelle erhält man auch, wenn man einen Induktions¬ flußleiter, beispielsweise einen Schenkel des magnetischen Systems, auftrennt und einen Dauermagneten einfügt. Bei einer solchen Quelle ist der magnetische Fluß konstant und ziemlich ^' unabhängig von dem magnetischen Widerstand der angeschlossenen Schaltung.

Bei den zuvor aufgezählten drei grundsätzlichen Ausfüh- rungen ist für die beiden ersten Fälle, z. B. nach Fig. 3 und Fig. 4 die magnetische Spannungsquelle die geeignetste, indessen für die dritte Ausführung, z. B. nach Fig. 5, die magnetische Flußquelle am geeignetsten ist.

Die Unterdrückung des remanenten Magnetismus durch eine Wechselstromquelle 66 bei Fehlerstromschutzschaltern nach Fig. 6 sowie nach Fig. 7 ermöglicht es, die Auflageflächen des Ankers 4 präzis geschliffen herzustellen. Man vermei¬ det dabei trotzdem die Gefahr, daß der Anker durch rema- nenten Magnetismus ^' kleben kennte, er infolge eines eingetretenen Fehlerstroms abschalten sollte.

Der erfindungsgemäße Aufbau eines Fehlerstromschutzschal¬ ters kann sowohl auf Schutzschalter angewandt werden, die nach dem Prinzip des Sperrmagneten arbeiten, wie auf sol- . ehe, die nach dem Prinzip der Gegenerregung arbeiten. Bei den veranschaulichten Fehlerstromschutzschaltern , die nach dem Prinzip der Gegenerregung arbeiten, kann man eine Auslösung für Gleichstrom-Fehlerströme beliebiger Polarität durch zwei Systeme erreichen, von denen ein System auf eine Polarität, und das andere System auf die andere Polarität anspricht. Ein solcher Schutzschalter kann dann mit zwei Auslösern ausgerüstet sein, deren Dauermagnete bei sonst gleicher Ausführung umgekehrt ausgerichtet sind.Es ist dann zweckmäßig, beide Anker durch einen Steg miteinander zu verbinden und diesen auf das Schaltschloß einwirken zu las- sen.

7 Patentansprüche 7 Figuren