DE1149091B - Elektromechanischer Wandler - Google Patents

Elektromechanischer Wandler

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Publication number
DE1149091B
DE1149091B DEL37063A DEL0037063A DE1149091B DE 1149091 B DE1149091 B DE 1149091B DE L37063 A DEL37063 A DE L37063A DE L0037063 A DEL0037063 A DE L0037063A DE 1149091 B DE1149091 B DE 1149091B
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DE
Germany
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release lever
nose
electromechanical converter
differential
release
Prior art date
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Pending
Application number
DEL37063A
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Ing Dr Alfred Spaelti
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Landis and Gyr AG
Original Assignee
Landis and Gyr AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10Operating or release mechanisms
    • H01H71/12Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/32Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Breakers (AREA)

Description

  • Elektromechanischer Wandler Es ist bekannt, Schutzschalter für die Verwendung in Wechselstromnetzen mit einer Auslösung auszurüsten, welche anspricht, sobald die Summe der Ströme in den Netzleitern von Null verschieden ist, was ein Anzeichen dafür ist, daß in dem zu schützenden Gerät die Isolation gegen Erde nicht mehr einwandfrei ist. Die Auslösung des Schutzschalters wird in diesem Falle durch einen mechanischen Wandler bewirkt, der an einen Differentialtransformator angeschlossen ist und beim Auftreten eines Differenzwechselstromes magnetisiert wird.
  • Ein bekannter elektromechanischer Wandler dieser Art besteht aus einem zweischenkligen, an den Differentialtransformator angeschlossenen Elektromagneten, zwischen dessen Polen sich eine schwingungsfähige Zunge befindet. Fließt in den Wicklungen dieses Elektromagneten ein Differenzwechselstrom, so wird die Zunge zum Schwingen angeregt und löst dabei eine Verklinkung aus, die den Schutzschalter in der eingeschalteten Stellung festhält. Die Kraft, die hierbei auf die federnde Zunge einwirkt, ist von dem Quadrat des Differenzwechselstromes abhängig, und das hat zur Folge, daß der Differenzwechselstrom erst eine verhältnismäßig große Stärke erreichen muß, bis er ausreicht, um die zur Auslösung der Verklinkung erforderliche Kraft auf die Zunge auszuüben.
  • Die Anordnung ist also verhältnismäßig unempfindlich und kann die Forderungen, die heute an Installationsselbstschalter gestellt werden, nicht erfüllen. Man verlangt heute, daß Installationsselbstschalter bereits bei einem Fehlerstrom von 10 bis 40 mA auslösen, da anderenfalls die Gefahr besteht, daß Personen beim Berühren nicht mehr ganz einwandfrei isolierter Gerätegehäuse zu Schaden kommen.
  • Ein elektromechanischer Wandler, bei dem die magnetisch erzeugte Kraft nicht von dem Quadrat des erregenden Stromes abhängig, sondern diesem Strom proportional ist, ist in Form des Tauchspulsystems bekannt. Das Tauchspulsystem besteht aus einem permanenten Topfmagneten mit ringförmigem Luftspalt, in welchem eine zylindrische Tauchspule beweglich gelagert ist. Wird diese Tauchspule von einem Strom durchflossen, so wird auf sie in axialer Richtung eine Kraft ausgeübt, die dem Produkt aus der in dem Luftspalt herrschenden magnetischen Induktion und dem Tauchspulenstrom proportional ist.
  • Es ist bereits bekannt, ein solches Tauchspulsystem zur Auslösung eines Schalters zu benutzen. Bei diesem bekannten Schalter handelt es sich allerdings nicht um einen Installationsselbstschalter mit Differentialauslösung, sondern um einen Schnellschalter, d. h. um einen Schalter, der beim Auftreten eines Auslösestromes mit möglichst geringer Zeitverzögerung geöffnet wird. Das Tauchspulsystem erfüllt die hierbei auftretende Forderung nach einer sehr kleinen Zeitkonstanten.
  • Während sonst bei elektromagnetischen Auslösern das zur Auslösung erforderliche Magnetfeld beim Auftreten eines Auslösestromes erst aufgebaut werden muß, ist beim Tauchspulsystem dieses Magnetfeld ständig vorhanden, und es braucht nur noch der Strom in der Tauchspule aufgebaut zu werden. Die Tauchspule hat aber nur eine äußerst geringe Induktivität und verhält sich bezüglich der Zeitkonstanten nahezu wie ein ohmscher Widerstand. Die Verwendung des Tauchspulsystems als elektromechanischer Wandler bei dem bekannten Schnellschalter ist also unter Gesichtspunkten erfolgt, die bei der Differentialauslösung von Installationsselbstschaltern keine Rolle spielen.
  • Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Wandler zur Auslösung von Installa-tionsselbstschaltern beim Auftreten von Stromunsymmetrien in dem zu schaltenden Stromkreis, bestehend aus einem mechanisch schwingungsfähigen System, welches auf magnetischem Wege durch einen .einem Differentialtransformator entnommenen Differenzwechselstrom zu Schwingungen angeregt wird und dabei einen Auslösehebel des Schalters mechanisch betätigt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen elektromechanischen Wandler so auszubilden, daß er wesentlich empfindlicher wird als die bisher für diesen Zweck verwendeten elektromechanischen Wandler.
  • Die Erfindung beruht zunächst auf der Erkenntnis, daß die Unempfindlichkeit der bisher für Installationsselbstschalter benutzten elektromechanischen Wandler aof c&zz schon -xwähnten quadratischen Abhängigkeit der Auslösekraft von dem Differenzwechselstrom abhängt. Diesen Nachteil überwindet die Erfindung durch die Verwendung des an sich auch schon für Schalter bekannten Tauchspulsystems als elektromechanischer Wandler zur Differenzstromauslösung.
  • Die Erfindung beruht weiterhin auf dem Gedanken, das schwingungsfähige System des elektromechanischen Wandlers so anzuordnen, daß es, bevor es die Auslösung des Schalters bewirkt, erst während einiger Perioden des Differenzwechselstromes mechanische Schwingungsenergie speichern kann, so daß dann zur Auslösung eine verhältnismäßig große Kraft zur Verfügung stehst.
  • Demgemäß besteht die Erfindung darin, daß der magnetisch beeinfiußte Teil des schwingungsfähigen Systems in an sich bekannter Weise als in dem Feld eines Magneten angeordnete Tauchspule ausgebildet ist und daß dem schwingungsfähigen System ein einstellbarer Bereich zur Verfügung steht, innerhalb dessen es frei schwingen kann, derart, daß es erst nach überschreitung dieses Bereichs durch die Schwingungsamplitude auf den Auslösehebel einwirkt.
  • Bei einer älteren Fehlerstromschutzschaltung ist zwar auch schon ein Tauchspulsystem, das an einen Differentialtransformator angeschlossen ist, als elektromechanischer Wandler zur Auslösung des Schalters verwendet. Von dieser älteren Anordnung unterscheidet sich die Anordnung nach der Erfindung dadurch, daß bei ihr dem die Tauchspule enthaltenden schwingungsfähigen System ein einstellbarer Bereich zur Verfügung steht, innerhalb dessen es frei schwingen kann, bevor es an den Auslösehebel anschlägt und den Schalter zur Auslösung bringt. Bei der älteren Anordnung wirkt dagegen die Tauchspule schon bei der geringsten Auslenkung aus ihrer Ruhelage auf das die Verklinkung des Schalters lösende Hebelsystem ein, so daß die Tauchspule bereits zu Beginn des Auslösevorganges unter der Wirkung von verhältnismäßig großen Reibungskräften steht, die erst ein erhebliches Anwachsen des Differenzwechselstromes erforderlich machen, damit die Auslösung überhaupt erfolgen kann. Die Anordnung nach der Erfindung ist demgegenüber also sehr viel empfindlicher gegen- , über Fehlerströmen, gleichzeitig aber viel unempfindlicher gegen rein mechanische Erschütterungen, da diese kaum jemals gerade mit einer solchen Frequenz erfolgen werden, die zu einer Aufspeicherung an Schwingungsenergie in dem beweglichen System führen kann.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert.
  • In der Zeichnung ist mit 1 ein Permanentmagnet bezeichnet, in dessen magnetischem Feld sich eine Tauchspule 2 bewegt, auf deren Spulenkörper 3 eine Blattfeder 4 befestigt ist. Die Tauchspule 2 wird von einer Tertiärwicklung 5 eines Differentialtransformators 6 gespeist. Die Masse der Tauchspule 2 und die Blattfederkonstante sind hierbei auf die Frequenz der Speisespannung abgestimmt, z. B. 50 Hz. Damit lassen sich entsprechend der Güte des Resonanzsystems wesentlich größere Schwingamplituden der bewegbaren Teile, d. h. der Tauchspule 2 und der Blattfeder 4, erzielen als bei nicht abgestimmten Systemen. Physikalisch gesehen hat das im weiteren zur Folge, daß die elektrische Energie über eine bestimmte Zeit integriert wird, um zu einem bestimmten Zeitpunkt als mechanische Energie verfügbar zu sein, so daß eine derart aufgebaute Anordnung bei Aulwenäung nur sehr Leä%tU@ eine mechanische Leistung erzeugen und diese mittel-oder unmittelbar auf eine mechanische Vorrichtung, beispielsweise zur Auslösung eines Schaltvorganges, übertragen kann.
  • Diese mechanische Vorrichtung besteht bei der vorliegenden Anordnung aus einem um eine Achse 7 drehbar gelagerten doppelarmigen Auslösehebel8, dessen linker Hebelarm eine um eine Achse 9 drehbar gelagerte und unter der Wirkung einer Zugfeder 10 stehende Nase 11 eines weiter nicht dargestellten Schaltermechanismus am Ausschwenken in der Pfeilrichtung A hindert. Das freie Ende des rechten Hebelarmes des Auslösehebels 8 ist zu einem Anschlag 12 ausgebildet, der in geringem Abstand über der Blattfeder 4 liegt. Diese Lage wird durch eine Stellschraube 13 im Zusammenwirken mit einer Feder 14 festgelegt. Die Zugkraft der Feder 14 ist dabei so schwach, daß sie die Reibung, die zwischen der Nase 11 und dem Hebelende beim Anliegen der Nase 11 an letzterem entsteht, nicht überwinden kann, so daß sie funktionsmäßig nur dafür vorgesehen ist, um nach der Auslösung des Schaltermechanismus den Auslösehebel 8 wieder in seine Ausgangslage zurückzubringen.
  • Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: Wird der Tauchspule 2 von der Tertiärwicklung 5 des Differentialtransformators 6 ein Strom zugeführt, beginnt die Tauchspule 2 zu schwingen. Die Schwingungen des auf die Frequenz der Speisespannung abgestimmten Systems sind sehr stark, so daß die Feder 4 alsbald kräftig an den Anschlag 12 schlägt, wodurch der Auslösehebel 8 angehoben und über seinen Drehpunkt 7 geschwenkt wird, so daß sich sein als Sperre für die Nase 11 wirkendes Ende nach abwärts bewegt und die Nase 11 freigibt. Diese wird nun durch die Federkraft der Feder 10 in der Pfeilrichtung A bewegt, wobei ein Schaltvorgang ausgelöst wird. Durch diese Anordnung ist es also möglich, mit sehr geringer elektrischer Leistung einen Schaltvorgang mechanisch auszulösen, wobei der hierfür vorgesehene Schaltermechanismus, um seiner Selbstauslösung bei Erschütterungen vorzubeugen, nur mit einem bestimmten Kraftaufwand betätigt werden kann.
  • An Hand des Ausführungsbeispieles ist gezeigt worden, daß durch sinnvolle Verknüpfung der Vorteile eines Tauchspulrelais mit dem Prinzip eines zwischen einstellbaren Wirkungsgrenzen zu freien Resonanzschwingungen fähigen, zugeführte Arbeit als Schwingungsenergie speichernden Betätigungssystems ohne besondere Aufwendungen ein elektromechanischer Wandler geschaffen ist, der in bezug auf seine Ansprechempfindlichkeit, auf sein Leistungsvermögen, auf seine Ansprechsicherheit und auf seine Unempfindlichkeit gegenüber Störimpulsen und mechanischen Erschütterungen alle bisher bekannten oder vorgeschlagenen Anordnungen weit übertrifft.
  • Es sei noch betont, daß das in der Figur gezeigte Ausführungsbeispiel bei gleichbleibender Wirkungsweise mannigfache konstruktive Abwandlungen erfahren kann.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1. Elektromechanischer Wandler zur Auslösung von Installationsselbstschaltern beim Auftreten von Stromunsymmetrien in dem zu schaltenden Stromkreis, bestehend aus einem mechanisch schwingungsfähigen System, welches auf magnetischem Wege durch einen einem Differentialtransformator entnommenen Differenzwechselstrom zu Schwingungen angeregt wird und dabei einen Auslösehebel des Schalters mechanisch betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetisch beeinflußte Teil des schwingungsfähigen Systems (2, 3, 4) in an sich bekannter Weise als in dem Feld eines Magneten (1) angeordnete Tauchspule (2) ausgebildet ist und daß dem schwingungsfähigen System (2, 3, 4) ein einstellbarer Bereich zur Verfügung steht, innerhalb dessen es frei schwingen kann, derart, daß es erst nach Überschreitung dieses Bereichs durch die Schwingungsamplitude auf den Auslösehebel (12) einwirkt.
  2. 2. Elektromechanischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Auslösehebel (8), der bei Überschreitung einer bestimmten Ausschwenkung eine unter der Kraft einer Feder (10) an ihm anliegende Nase (11) freigibt, eine Rückstellfeder (14) einwirkt, die so bemessen ist, daß sie die Reibung zwischen dem Auslösehebel (8) und der an ihm anliegenden Nase (11) nicht überwinden und somit eine zur Freigabe der Nase (11) noch nicht ausreichende Schwenkung des Auslösehebels (8) nicht wieder rückgängig machen kann. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1023 813; schweizerische Patentschrift Nr. 227 246; österreichische Patentschrift Nr. 131037. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1095 926.
DEL37063A 1960-09-08 1960-09-17 Elektromechanischer Wandler Pending DE1149091B (de)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT131037B (de) * 1928-04-08
CH227246A (de) * 1939-09-28 1943-05-31 Hermes Patentverwertungs Gmbh Einrichtung zur Schnellauslösung elektrischer Schalteinrichtungen.
DE1023813B (de) * 1953-02-28 1958-02-06 Wilhelm Engels Elektrischer Schutzschalter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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AT131037B (de) * 1928-04-08
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DE1023813B (de) * 1953-02-28 1958-02-06 Wilhelm Engels Elektrischer Schutzschalter

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