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Fehlerstrom-Schutzschalter mit einem Doppelkniehebelschaltschloß,
einem Auslösehebel und einem elektromagnetischen Auslöser Die Erfindung betrifft
einen Fehlerstrom-Schutzschalter mit einem Doppelkniehebelschaltschloß, einem Auslösehebel
und einem elektromagnetischen Auslöser.
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Um den Bau kleiner, direkt auslösender Schalter zu ermöglichen, hat
man besonders empfindliche Auslöser geschaffen, die auf der Basis der Flußverdrängung
von Permanentmagneten und auch der Flußkompensation. arbeiten, um kleinere Auslöseleistungen
und damit kleinere Wandler zu erreichen.
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Solche Auslöser verlangen aber eine besondere Sorgfalt und Sauberkeit
(Staubfreiheit) in der Herstellung des Restluftspaltes bzw. der Polschuh-Ankerflächen,
da in diesen Fällen mit einem vom Permanentmagneten abfallenden, federbelasteten
Anker gearbeitet wird, dessen meist nur wenige Mikron betragender Restluftspalt
nach jeder Schalterbetätigung mit gleichbleibender Genauigkeit wieder vorhanden
sein muß, um gleichbleibende Auslösewerte zu erreichen.
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Die Herstellung derartiger Schalter erfordert Präzision, ist zeitraubend,
lohn- und materialaufwendig. Ihre Verwendung ermöglicht aber trotz des großen, für
den Auslöser benötigten Volumens den Bau von vierpoligen FI-Schaltern, etwa in der
Größe von zwei nebeneinandergesetzten herkömmlichen Sicherungsautomaten (Leistungsselbstschaltern),
da sie nur sehr kleine Wandler benötigen.
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Der Bau von kleineren und deshalb billigeren, direkt elektromagnetisch
auslösenden Fehlerstrom-Schutzschaltern scheiterte bislang daran, daß die erforderliche
Auslöseleistung für die mit Freiauslösung versehenen Schaltschlösser verhältnismäßig
groß war und deshalb auch die erforderlichen Surnmenstromwandler entsprechend groß
und mit mehreren primären Windungen dimensioniert werden mußten. So nimmt bei bekannten
Ausführungen der Wandler trotz knappster Dimensionierung, was wiederum eine äußerst
genaue zeitraubende Justierung des Auslösemechanismus verlangt, zum Teil mehr als
50°%o des gesamten Gerätevolumens ein.
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Der Bau von kleinen, billigen FI-Schaltern mit direkter elektromagnetischer
Auslösung gelingt aber dann, wenn erfindungsgemäß bei dem eingangs erwähnten Fehlerstrom-Schutzschalter
der Kniehebel des Schaltschlosses von einer Mehrzahl von im untersetzenden Sinn
nacheinandergeschalteten Kraftspeichern entsperrt ist, von denen der dem Elektromagneten
nächstliegende Kraftspeicher von einer federbelasteten Drahtklinke gesperrt ist.
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Seine Entriegelung erfolgt über einen im Gleichgewicht befindlichen
und zum Zweck der Einstellung des Schalters auf einen FI-Sollwert zugfederbelasteten
leichten Anker, dessen übersetzungsverhältnis Arbeits- zu Magnethebelarm > 1 und
so geformt ist, daß beide Hebelarme im Gleichgewicht sind. Der Arbeitshebelarm ist
so ausgebildet, daß er, sollte er nach magnetischer Erregung am Kern kleben, durch
die Klinke des letzten Kraftspeichers beim Ausschalten des Schalters vom Magnetkern
losgeschlagen wird. Der Arbeitsluftspalt kann dabei durqh den geringen erforderlichen
Hub der Drahtsperre und sein Hebelübersetzungsverhältnis kleiner als 0,5 mm gehalten
werden, so daß er im Bereich günstiger magnetischer Anzugskräfte liegt.
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Durch das geringe Gewicht von Anker und Drahtsperre wird der Schalter
völlig lageunabhängig, da die für die Einstellung auf eine bestimmte Fehlerstromauslösung
erforderliche Federvorspannung wesentlich über dem Eigengewicht dieser beiden Teile
liegt.
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Der Kern des Elektromagneten besteht aus einem gestanzten und U-förmig
abgewinkelten, zwischen den beiden Schloßplatinen durch Zacken angelenkten Kernblech,
das an seinem einen Schenkel als Ankerlager ausgebildet ist und gleichzeitig als
Distanzstück für die Platinen benutzt wird, während der andere freie Schenkel die
Magnetwicklung trägt. Die ungeteilte Ausbildung des Magnetkreises vermeidet in der
Herstellung unkontrollierbare zusätzliche magnetische
übergangswiderstände,
wie sie durch Zusammenfügung mehrerer Teile zu einem magnetischen Kreis auftreten
können. Da sämtliche Anschläge und Gbertotpunktlagen durch feste und genau definierbare
feste Anschläge an den Schloßplatinen und Stanzteilen erreicht werden, ist eine
Justierung des gesamten Schlosses weder möglich noch nötig.
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Ein so hergestelltes Schloß benötigt nur noch weniger als ein Zehntel
der bisher benötigten Auslöseleistung. Dementsprechend ist auch nur ein kleiner
Wandler mit einem kleinen Eisenweg und günstiger magnetischer Ausnutzung erforderlich.
Er kann daher als Durchsteckwandler mit kurzen Leiterlängen ausgebildet werden,
so daß auch bei hohen Stromstärken im Betrieb keine hohe Erwärmung des Gerätes auftritt.
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Die auf dem Wandler aufgebrachte und im Prüfstromkreis liegende, aus
mehreren Drahtwindungen bestehende, den Prüfstrom untersetzende Tertiärwicklung
erlaubt weiter die Verwendung eines kleineren Prüfwiderstandes, so daß das Gesamtvolumen
des Schalters kleiner gehalten werden kann als das Volumen zweier aneinandergesetzter
herkömmlicher Sicherungsautomaten. Es ist hierbei auch gleichgültig, wie die Konstruktionsgruppen
(Schalter, Wandler und Schloß mit Auslöser) gegeneinander im Schaltergehäuse angeordnet
sind.
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Durch den Wegfall jeglicher Justierarbeit durch fest in das Schloß
eingebaute Anschläge wird im wesentlichen die Montagezeit des Schlosses und damit
die Herstellungszeit des gesamten Gerätes auf ein Minimum beschränkt, da nach erfolgtem
Zusammenbau der Sollauslösewert nur noch durch die Vorspannung einer Ankerzugfeder
in wenigen Sekunden eingestellt wird. Dies trägt ebenso zur Verbilligung des Gerätes
bei wie die Einsparung von etwa 80 bis 90 0!o an Wandlereisen und 90 % an Kupferwicklung,
was wiederum zur Einsparung an Gehäusematerial führt.
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Bei Schutzschaltern ist es bekannt, ein Schaltschloß mit mehreren
nacheinandergeschalteten Kraftspeichern vorzusehen, wobei der Auslösehebel unmittelbar
durch den Anker des Elektromagneten verklinkt ist. Für den Bau des erfindungsgemäßen
kleinen, unmittelbar auslösenden und besonders empfindlichen Fehlerstrom-Schutzschalters
ist jedoch diese Einrichtung weder geeignet noch bestimmt.
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In der Zeichnung sind in den wesentlichen Strichen mehrere Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes dargestellt, die in der folgenden Beschreibung näher
erläutert werden.
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So zeigt F i g. 1 eine beispielsweise Ausbildung des hochempfindlichen
Schaltschlosses im Einschahzustand. Hierin bedeuten 1, 2 die Platinen, zwischen
denen die folgenden Schloßteile montiert sind, 3 den in einem Schlitz der unteren
Platine (2) geführten Schieber mit dem den Endpunkt der Kette darstellenden Bolzen
6 und seiner in den nicht dargestellten Kontaktbalken eingreifenden rückseitigen
Verlängerung, 7 bis 9 das erste, zweite und dritte Kettenglied für die erforderliche
Freiauslösung, 10 die Schalterachse, 11 einen an der Platine 2 angebrachten Anschlag-
i bolzen für das erste Kettenglied 7, 12 einen an der Platine 2 angebrachten Anschlagbolzen
für das dritte Kettenglied 9. Beide Anschlagbolzen dienen der genauen Festlegung
der übertotpunktlage der Kettengelenkpunkte zwischen den Kettengliedern 7, 8 sowie
8, 9, 13 den zweiten Auslösehebel zum Auslösen der Kette beim Anschlagen gegen die
Anschlagnase 14 des zweiten Kettengliedes 15 die zweite Auslösesperre, die den Auslösehebel
13 bis zur Auslösung in der gespannten Lage verldinkt und um den Bolzen
15 a dreht, 16 den ersten, um den Bolzen 15 a drehbaren Au'slösehebel
zum Auflösen der Auslösesperre 15 mit einem abgewinkelten Kopfteil 17, das
so ausgebildet ist, daß einerseits seine beiden abgewinkelten Nasen 18 der Auslösedrahtsperre
19 eine seitliche Führung geben und andererseits das den Nasen entgegengesetzte
Teil 20 sich an seiner Stirnfläche 21 gegen die Schlaufe 22 der Auslösedrahtsperre
19 verklinkt und bei Auslösung während seiner Bewegung auf den langen Auslösehebelarm
23 des Ankers 24 schlägt, um beim Kleben des Ankers 24 am Spulenkern 25 infolge
Remanenz jenen vom Spulenkern wieder loszuschlagen, 26 den die Ankerschneidenlagerung
27 tragenden freien Schenkel des Spulenkerns 25, der mit seinen Lappen 28 in Ausnehmungen
der Platinen 1, 2 eingreift und dadurch gleichzeitig den Abstand beider Platinen
zueinander festlegt, 29 ein Schlußstück, das den Anker 24 in seiner Schneidenlagerung
27 sichert und mit seiner U-förmigen Erweiterung 30 die feste Einstellung des Ankerluftspaltes
31 bei der Montage des Schlosses ermöglicht, 32 die auf den Spulenkern 25 aufsitzende
und mit der Sekundärwicklung des Durchsteckwandlers 33 (s. F i g. 2 bis 9) verbundene
Auslösespule, 34 eine Zugfeder, deren Zugkraft zwecks Einstellung auf den Sollauslösewert
über einen durch eine Tellerfeder 35 a gebremsten Einstellhebel 35 einstellbar ist.
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Wird nun infolge eines fließenden Fehlerstromes der durch die Zugfeder
34 belastete Anker 24 durch das wegen des geringen Luftspaltes starke Magnetfeld
angezogen, denn entklinkt er die durch eine Zugfeder 36 belastete erste Auslösedrahtsperre
19, so daß dei durch eine Schenkelfeder 37 belastete erste Auslösehebel 16 die in
entgegengesetzter Richtung durch eine Schenkelfeder 38 belastete zweite Auslösesperre
15 entklinkt. Hierdurch wird in bekannter Weise der durch eine Schenkelfeder 39
belastete zweite Auslösehebel 13 frei, der die Kette 7, 8, 9 aus ihrer 17bertotpunktlage
wirft, die durch den Druck des Schalters zusammenknickt und damit den Ausschaltvorgang
vollzieht. Der hierbei zurücklaufende Bolzen 6 drückt in bekannter Weise den zweiten
Auslösehebel 13 wieder in seine Verklinkung mit der zweiten Auslösesperre 15, während
die durch eine Schenkelfeder 40 belastete Schalterachse 10 bei ihrer Bewegung in
die Ausschaltstellung über den auf ihr sitzenden Rückholhebel41 den ersten Auslösehebel16
mit der Auslösedrahtsperre 19 verklinkt, so daß die Einschaltbereitschaft wiederhergestellt
ist.
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Der für ein solch empfindliches Schloß benötigte kleine Wandler 33
braucht keinen großen Einbauraum, so daß die Lage der drei für einen Fehlerstrom-Schutzschalter
erforderlichen Konstruktionsgruppen (Schloß, Wandler, Schalter) zueinander auch
dann frei gewählt werden können, wenn die Forderung erfüllt werden soll, aus diesen
einen Fehlerstrom-
Schutzschalter zu bauen, dessen Raum der äußeren
Form zweier aneinanderliegender genormter überstromschalter (Einbau-Sicherungsautomaten)
entspricht.
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In den F i g. 2 bis 9 sind vier Ausführungsbeispiele je in um 90°
gedrehten Aufbauansichten annähernd in natürlicher Größe dargestellt. Hierin bedeutet
42 ein Betätigungsorgan (in F i g. 2 bis 5 ein Drehgriff, in F i g. 6 und 7 ein
Handhebel 42', in F i g. 8 und 9 ein doppelarmiger Hebel 42"), 43 das Schaltschloß
gemäß F i g. 1, 44 einen 4poligen Schalter bekannter Bauform, von dem andeutungsweise
nur die festen Kontakte 45, die Anschlußklemmen 46 sowie (in F i g. 2) die festen
Kontakte mit Anschlußklemmen 47 gezeichnet sind. Die zwischen den Kontakten 45 und
den Anschlußklemmen 47 (in F i g. 2) den Kontaktschluß bewirkenden beweglichen Kontakte
und ihr Träger, der meist als Kontaktbalken bezeichnet wird und in den der Bolzen
6 des Schlosses eingreift, sind in der Zeichnung weggelassen; 48 stellt die andeutungsweise
äußere Umhüllung des Schalters dar und läßt die erreichbare Kleinheit erkennen.
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In F i g. 6 und 7 ist unter Verwendung der obigen Bezugszeichen eine
besonders kleine Bauform dargestellt, die in der Breite beispielsweise nur einem
LS-Schalter entspricht. Es ist daraus ersichtlich, in welcher geringen Größe das
vorbeschriebene empfindliche Schaltschloß in Verbindung mit dem daraus sich ergebenden
kleinen Durchsteckwandler hergestellt werden kann.
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Bei dieser Bauform kann das aus einem Hebel bestehende Handbetätigungsorgan
42' auch zwischen dem Schloß 43 und dem Schalter 44 angeordnet sein, so daß der
Hebel in der Mitte des Gerätes liegt. Die Anschlußklemmen 46 sind, da die Schalterbreite
dies nur für schmale Anschlußklernmen und somit nur für kleine Anschlußdrahtdurchmesser
und folglich nur für geringe Stromstärken zuläßt, zweckmäßig paarig stufenweise
übereinander angeordnet, was auch hier wieder leicht ermöglicht werden kann, da
ebenfalls genügend Raum zur Verfügung steht.
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Eine weitere Ausbildung der erstrebten schmalen Ausführungsform zeigen
die F i g. 8 und 9, bei denen der das Betätigungsorgan bildende doppelarmige Hebel
42 beispielsweise zusätzlich durch je eine Ein-und Ausschaltdrucktaste 49 bzw. 50
ergänzt ist, die gegebenenfalls über Zwischenglieder 51 auf das aus einem doppelarmigen
Hebel bestehende Betätigungsorgan 42" wirken. Bei einer noch günstigeren Lösung
wird lediglich die Einschalttaste 49 in ihrer vorbezeichneten Wirkung benutzt, während
die Ausschaltung über die Ausschalttaste 50 dadurch bewirkt wird, daß diese unmittelbar
auf die Auslösesperre 15 (F i g. 1) einwirkt.