DE1438963C - Schalterkombination aus einem Fehler stromausloser und einem elektromagnetischen Ausloser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalterkombination, bestehend aus einem Fehlerstromauslöser und einem elektromagnetischen Auslöser, wobei der Fehlerstromauslöser einen Schwellenverstärker und ein polarisiertes Relais umfaßt, dessen Anker gegen die Kraft einer Feder von einem Dauermagneten angezogen wird.

Differentialschutzschalter zur Unterbrechung der Stromzuführung eines Leitungssystems sind bekannt. Diese Schalter sprechen an, wenn in dem Leitungssystem ein Stromverlust auftritt, als dessen Folge eine Differenz zwischen Eintritts- und Austrittsstrom erzeugt wird.

Solche Möglichkeiten sind beispielsweise gegeben, wenn die Isolation einer Maschine oder besonders eines Haushaltsgeräts ungenügend ist, so daß ein Stromverlust zur Erde oder Masse auftritt.

Diese Tatsache kann für Personen gefährlich sein und zu deren Tod führen, wenn sie die Metallteile solcher Maschinen oder Geräte berühren.

Die bisher eingesetzten Differential- oder Fehlerstrom-Schutzschalter wurden zügig verkleinert, insbesondere um sie in Wohnungen einzusetzen. Trotzdem ist ihre Anwendung beschränkt geblieben, was den tatsächlichen Erfordernissen nicht entspricht.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen sehr kleinen Fehlerstrom-Schutzschalter zu schaffen, der innerhalb eines üblichen selbsttätigen Schalters, z. B. eines elektromagnetischen Auslösers, eingeschlossen bzw. mit eingebaut oder noch als Kleinprüfgerät zur Ermittlung und Angabe von Streuströmen verwendet werden kann. Dieser neu zu schaffende Gegenstand soll sich somit als Beaufsichtigungs-, Signalisierungsund Schutzgerät eignen.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch die Kombination eines Fehlerstromauslösers mit einem elektromagnetischen Auslöser in der Weise, daß der Anker einen Hebel bildet, der mit einem Arm an einer Magnetspulen des elektromagnetischen Auslösers tragenden schwenkbaren Platte derart in Wirkverbindung steht, daß beim Abfallen des Ankers der Arm verstellt und dadurch die Kontakte des elektromagnetischen Auslösers geöffnet werden, und daß eine Stange vorhanden ist, deren eines Ende über einen Arm mit einer die Kontakte der Schalterkombination tragenden Welle in Verbindung steht und deren anderes Ende eine Feder trägt, welche beim Öffnen der Kontakte auf den Anker eine Rückstellkraft ausübt, die der den Anker vorspannenden Kraft einer anderen Feder entgegengerichtet ist.

Es hat sich bewährt, daß die den Anker vorspannende Feder so angeordnet ist, daß sie ein Minimum an Rückstellkraft ausübt, wenn der Anker vom Dauermagneten angezogen wird, und die Rückstellkraft sich allmählich verstärkt, wenn sich der Anker um seinen Anlenkpunkt dreht.

Ferner können auch die den Schwellenverstärker bildenden Organe innerhalb einer Kammer derart gelagert sein, daß diese an einem isolierenden Unterteil des elektromagnetischen Auslösers sitzt, wobei das Ganze in einer gemeinsamen Umhüllung eingeschlossen ist.

Somit wird durch die Schalterkombination ein einziger Schalter erhalten, der in der Lage ist, den Stromkreis entweder beim Auftreten eines Streuoder Kriechstromes oder eines Kurzschlusses zu unterbrechen, und der erfindungsgemäß klein baut.
Die bereits erwähnten sowie noch weitere Kennzeichen des Erfindungsgegenstandes gehen aus der nachstehenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen hervor, welche dar-" stellen in

F i g. 1 die als Prüfgerät ausgebildete elektronische Einrichtung,

F i g. 2 die gleiche, aber als magnetothermischer und Differentialschalter verwendete Einrichtung,
F i g. 3 und 4 eine Art und Weise, die Einrichtung

ίο in Zusammenhang mit dem Schutzschalter einzusetzen.

Die F i g. 1 und 2 beziehen sich auf eine Einrichtung für Wechselstromanlagen; selbstverständlich kann nach entsprechenden Abänderungen diese Einrichtung auch bei Drehström-Anlagen Verwendung finden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 besteht das erfindungsgemäße elektronische Gerät aus einem magnetischen Ringkern 1, der aus mit guten ferromagnetischen Eigenschaften versehenen Blechen hergestellt ist und auf welchem zwei Primärspulen 2 und 3 aufgewickelt sind, die vermittels Klemmen 4, 5 bzw. 6, 7 mit den Netzleitungen 8 und 9 elektrisch verbunden sind. Die Primärspulen 2 und 3 sind untereinander genau gleich, so daß sie gleiche, aber entgegengesetzte magnetische Kräfte erzeugen. Der Wert dieser Kräfte ist null, wenn die Primärspulen 2 und 3 vom Strom eines streuungslosen Stromkreises durchflossen sind. Werden diese Spulen jedoch von Strömen verschiedener Größe durchflossen, wie es bei einem Stromverlust in der Verbraucheranlage der Fall sein kann, dann wird die magnetische Kraft nicht null sein, sondern sie wird sich im Verhältnis zum Unterschied zwischen diesen die beiden Spulen durchfließenden Strömen einstellen.

Auf dem Ringkern 1 sind ferner zwei Sekundärspulen 10 und 11 aufgewickelt.

Die Sekundärspule 10 liefert ein Signal, das proportional zur magnetomotorischen Ausgangskraft ist, während die Sekundärspule 11 zusammen mit der Sekundärspule 10 und einem Transistor 12 einen dem Schaltvorgang entsprechenden Schwellenstromkreis bilden.

Die Sekundärspule 10 ist mit der Basis und dem Emitter des Transistors 12 und die Sekundärspule 11 mit dem Kollektor des Transistors 12 sowie einem Ende der Spule einer Vorrichtung 13 verbunden, welche im Falle der Fig. 1 ein Signalapparat und in demjenigen der F i g. 2, 3, 4 ein mit magnetischer Rückstellkraft arbeitendes Relais ist.

Der so erhaltene Stromkreis bildet einen nichtlinearen Schwellenverstärker. Wenn an den Enden der Sekundärspule 10 die Spannung einen vorbestimmten · Spannungswert überschreitet, welcher dem Kennzeichen des Transistors 12 entspricht, dann geht der Transistor aus dem Unterbrechungszustand, in den Leitungszustand über. Wenn die Größe des von der Sekundärspule 10 ausgehenden Signals derart ist, daß ein vorbestimmter Wert überschritten und die Zunahme des Stromes im geschlossenen Stromkreis, welcher die Sekundärspule 10, die Verbindung Basis—Kollektor, die Verbindung Basis—Emitter und die mit der Spule 10 über die magnetische Kraft des Ringkernes 1 gekuppelte Sekundärspule 11 enthält, größer als 1 wird, dann erfolgt eine sehr rasche Sättigung des Transistors.

In diesem Sättigungszustand verbleibt der Transistor während der ganzen Dauer der Sättigung des

rnagnetischen Stromkreises, wobei eine Erniedrigung der magnetischen Kuppiungsgröße zwischen den Sekündärspulen 10 und 11 stattfindet: Ab diesem Zustand wird der Transistor plötzlich wieder auf seinen Unterbrechungszustand zurückgeführt, der erhalten bleibt, bis die Größe des von der Sekündärspule 10 gelieferten Signals auf den Schwellenwert null zurückgegangen ist. Während der Sättigungsstufe des Transistors sind die Batterie 14 und die Vorrichtung 13 verbunden, so daß dieser Vorrichtung die zur Durchführung ihrer Funktion (Signalisierung bzw. Kontrolle der weiteren inneren und äußeren Mittel), erforderliche Energie zugeführt wird; die Dauer dieser Betriebsstufe hängt von einigen einstellbaren und den Erfordernissen der Vorrichtung 13 angepaßten elekirischen Größen ab.

..Die Batterie 14 ist mit einem Spannuhgsverteiler 15 durch einen Gleichrichter 16 als Pufferaggregat derart ausgestattet, daß sie ununterbrochen wieder aufgeladen wird.

Da das elektrische Verhalten dieser Einrichtung von rein elektrischen Parametern bestimmt wird, erhält man eine größere Funktionssicherheit, und es ist leichter, die Einrichtung gegen sekundäre Wirkungen, wie Veralterung, Raumtemperatur und Witterungseinflüsse, abzuschirmen.

Parallel zum Stromkreis der Sekundärspule 10 ist ein zur Verhinderung des Einflusses der Veränderung der Raumtemperatur vorgesehener Thermistor 17 angeordnet.

Ein Prüf Stromkreis ist dazu vorgesehen, eine richtige Arbeitsweise der Einrichtung zu gewährleisten. Dieser besondere Stromkreis ist mit der Eingangsklemme einer HaUptspule (z. B. mit der Klemme 4) sowie mit der Ausgangsklemme der anderen Spule (ζ. B. der Klemme 7) verbunden und erhält einen durch einen Druckknopf 19 einschaltbaren Widerstand 18. Wird der Druckknopf 19 gedrückt, so wird durch das Einschalten des Widerstandes 18 zwischen den Primärspulen 2 und 3 der gleiche Zustand hergestellt, als hätte sich in der Anlage ein Fehlerstrom ausgebildet.

Wie aus den vorstehenden Erläuterungen zu entnehmen ist, kann die Schnelligkeit des Einsatzes der Apparatur sehr groß sein, und zwar von der Größen-Ordnung einer Millisekunde, während die Apparatur schon auf Fehlerströme von der Größenordnung eines Milliamperes anspricht.

F i g. 2 stellt die gleiche, als Schutzapparatur gegen Stromverluste verwendete Vorrichtung dar, wenn sie in einem elektromagnetischen Schalter eingebaut ist. In diesem Falle bleibt gegenüber demjenigen der F i g. 1 der elektrische Stromkreis unverändert.

Die Klemmen 4, 5, 6 und 7 wandeln sich zu festen Klemmen des Selbstschalters mit der Maßnahme derart um, daß die Primärspulen 2 und 3 mit den Magnetspulen 2' und 3' der elektromagnetischen Einrichtung des selbsttätigen Schalters in Reihenschaltung liegen, während die Eingänge der Spulen mit den beweglichen Kontakten des Schalters verbunden werden.

Die Vorrichtung 13 ist durch die Spule 20 eines Relais ersetzt. Der Kern 21 dieses Relais wird von einem Dauermagneten gebildet, dessen Feld zu dem der Spule 20 entgegengesetzt gerichtet ist, wenn diese Spule von der Batterie 14 bespeist wird.

In Ruhelage, d. h., wenn die Spule 20 nicht erregt ist, zieht der Kern 21 einen Anker 22 an, der in einem Schneidenlager 23. drehbar gelagert ist und uriter der Kraft einer Feder 24 steht, die ihn in entgegengesetzte Richtung zur Anziehungskraft des Kerns 21 zu drehen, versucht.. . .

Die Feder 24 befindet sich in einer sehr schrägen Lage zum Ankex 22, so daß die senkrechte Komponente der von ihr erzeugten Kraft gering ist. Deren Gjröße kann durch, die Verstellung der Stellschraube 25 festgelegt werden, wodurch die Schräglage der Feder zum Anker mehr öder weniger abgeändert wird.. Die Einstellung der Stellschraube 25 wird derart durchgeführt, daß die erwähnte senkrechte Komponente, die den Anker nach oben zu drehen sucht, nur einen niedrigen Wert gegenüber der Anziehungskraft des Kerns 21 darstellt, so daß ein genügend konstantes Gleichgewicht noch erhalten werden kann.

Auf dem Anker 22 liegt ein Arm 26 auf, welcher an .einer schwenkbaren Plätte 27 für die Mägnetspulen 2' und 3' eines Relais angebracht ist. Beim Verschwenken der Plätte 27, z.B. beim Ansprechen der Magnetspulen 2', 3', wird eine kleine Welle 28 gedreht, die das Auslösen einer Sperre 29 steuert. Die Sperre 29 steuert ihrerseits das Ausknicken eines Kniegelenkes 30 und weiter die Drehbewegung einer bewegliche Schalterkontakte 32 und 33 tragenden Welle 31. Das Ausschnappen des Kniegelenkes 3Ö verursacht eine schnelle Drehbewegung der Welle 31 infolge des Einwirkens der Spiralfeder 34.

Auf der Welle 31 sitzt ein Arm 35, von welchem eine Stange 36 herunterhängt, deren unteres verjüngtes Ende durch ein Loch im Anker 22 hindurchgeführt ist. Die Stange trägt eine Feder 37, die sich auf dem Anker 22 abstützt.

Weün die beweglichen Schalterkontakte 32 und 33 geschlossen sind, dann ist die Stange 36 angehoben und die Feder 37 nicht mit dem Anker 22 in Berührung.

Wenn die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung einen Stromverlust anzeigt, dann wird die Spule 20 derart erregt, daß das magnetische Feld des Kerns 21 durch diese Spule auf null gebracht wird. Der Anker 22 wird somit bloß der Wirkung der Feder 24 unterworfen sein und daher von dieser mit der größten Schnelligkeit aufgehoben werden, wobei der Arm 26 verstellt und die Platte 27 des elektromagnetischen Schalters verschwenkt wird. Infolgedessen schnappt das Kniegelenk 30 aus und verstellt die Schalterkontakte 32 und 33, so daß der Schalter geöffnet wird.

Mit dem Ausschnappen des Schalters werden die Spulen 2 und 3 nicht mehr mit Strom gespeist, so daß der Transistor 12 auf seinen Unterbrechungszustand zurückgeht und die Spule 20 ihrerseits auch keinen Strom mehr erhält, wodurch der magnetische Kern 21 seine volle Anziehungskraft zurückerhält. Beim Verdrehen der Schalterkontakte 32 und 33 und deshalb auch der Welle 31 wird der Arm 35 ebenfalls verstellt und dadurch die Stange 36 abgesenkt und die Feder 37 auf den Anker 22 gedrückt, der somit in seine Gleichgewichtslage zurückbewegt wird, wo er der Anziehungskraft des magnetischen Kerns 21 wieder unterworfen ist. Die Wirkung der Stange 36 erleichtert durch die selbsttätige Rückholung des Ankers 22 in die Ausgangslage die Betätigung des Schutzschalters, indem für das Wiederschließen des Schutzschalters nur der Druckknopf 38 zu drücken ist. Infolge des Wiederschließens des Schutzschalters wird, falls noch immer ein Fehlerstrom auftritt, ein weiteres Signal ausgesandt, welches das erneute Aus-

lösen des Ankers 22 verursacht. Wenn der Fehlerstrom beseitigt ist, z. B. infolge Ersatzes der Anlage, wird der Schutzschalter geschlossen bleiben, bis ein neuer Fehlerstrom auftritt, welcher das neue Auslösen des Ankers 22 verursacht.

In F i g. 2 ist der Anker 22 mit dem Stützrahmen zum Mechanismus des elektromagnetischen Schalters nur verstellt gezeigt, um eine bessere Übersichtlichkeit der Wiedergabe zu ermöglichen. In der Tat sitzt dieser Anker auf der senkrechten Linie des Schaltermechanismus, wie es in Fig. 3 wiedergegeben ist, d.h. in einer Lage, welche zur Fig. 2 um einen Winkel von 180° gedreht ist, wobei die Lage der Stange 36 und des Armes 26 ungeändert bleibt.

Wie in Fig. 3 gezeigt, können die verschiedenen elektrischen und elektronischen Bestandteile der Apparatur in einem Gehäuse 39 untergebracht werden. Hierzu besteht das Gehäuse aus einem vorderen runden Teil 40 für den magnetischen Kern und aus einer verlängerten Kammer 41 für den Spannungsunterteiler 15 mit dem Gleichrichter, der Batterie, dem Transistor 12 und den verschiedenen Widerständen. Dieses Gehäuse wird gegen die Unterseite des Unterteils 42 des selbsttätigen Schalters abgestützt und das Ganze in eine Umhüllung wie bei der F i g. 4 untergebracht.

Wie aus F i g. 3 und 4 ersichtlich, ist der Raumbedarf der Apparatur sehr gering, und die Verkopplung mit einem üblichen selbsttätigen elektromagnetischen Schalter kann leicht durchgeführt werden, ohne dessen Querabmessungen zu vergrößern; nur die Höhe wird etwas größer sein, aber es handelt sich nur um etwa 2 cm.

Das Gehäuse 39 kann ferner auch für ein Prüfgerät gemäß Fig. 1 verwendet werden, welches in einer Umhüllung untergebracht werden kann, welche auch die Signalisierungsvorrichtung 13 enthält und wobei außen nur die Eingangs- und Ausgangsklemmen 4, S, 6 und 7 sowie der Steuerdruckknopf 19 zu sehen sind.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schalterkombination, bestehend aus einem Fehlerstromauslöser und einem elektromagnetischen Auslöser, wobei der Fehlerstromauslöser einen Schwellenverstärker und ein polarisiertes Relais umfaßt, dessen Anker gegen die Kraft einer Feder von einem Dauermagneten angezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (22) einen Hebel bildet, der mit einem Arm (26) einer Magnetspulen (2', 3') des elektromagnetisierten Auslösers tragenden schwenkbaren Platte (27) derart in Wirkverbindung steht, daß beim Abfallen des Ankers (22) der Arm (26) verstellt und dadurch die Kontakte (32,33) des elektromagnetischen Auslösers geöffnet werden, und daß eine Stange (36) vorhanden ist, deren eines Ende über einen Arm (35) mit einer die Kontakte (32, 33) der Schalterkombination tragenden Welle (31) in Verbindung steht und deren anderes Ende eine Feder (37) trägt, welche beim Öffnen der Kontakte (32, 33) auf den Anker (22) eine Rückstellkraft ausübt, die der den Anker (22) vorspannenden Kraft der Feder (24) entgegengerichtet ist.

2. Schalterkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Anker (22) vorspannende Feder (24) so angebracht ist, daß sie ein Minimum an Rückstellkraft ausübt, wenn der Anker (22) vom Dauermagneten (21) angezogen wird, und die Rückstellkraft sich allmählich verstärkt, wenn der Anker (22) um seinen Anlenkpunkt dreht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen