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Beschreibung
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zur Anmeldung eines Zusatzpatentes zu Az: P 2524 681.5 "Prüfgerät
für die Phasenfolge bei Drehstrom'für elektrische Spannung und für elektrischen
Durchgang" Anwendungsqebiet Die Erfindung betrifft ein elektrisches Prüfgerät, mit
dem sowohl die Phasenfolge an den Verteilungs- bzw. Verbraucherleitungen von Versorgungsanlagen
für elektrische Energie die mit Drehstrom betrieben werden, als auch das Vorhandensein
elektrischer Spannung und die Durchgangsfähigkeit elektrischer Verbindungen, die
nicht an Spannung liegen, festgestellt werden kann.
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Zweck Das Prüfgerät wird bei der Errichtung elektrischer Energieuersorgungsanlagen
und beim Anschließen von Verbrauchergeräten an diese einerseits dazu benutzt, die
Phasenfolge der Leitungen im rechten Drehsinn festzustellen. Dies ist besonders
wichtig beim Anschluß von Steckvorrichtungen, so daß ein einheitlicher Anschluß
aller SteckdDsen einem einheitlichen Anschluß aller Stecker gegenübersteht und dadurch,
besonders bei Motoren, in allen Fällen der für den Betrieb vorgesehene Drehsinn
sichergestellt ist. Andererseits kann es anzeigen, ob überhaupt Spannung vorhanden
ist und es kann auch die Leitfähigkeit elektrischer Verbindungen feststellen, wenn
diese nicht unter Spannung stehen.
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Stand der Technik Die zur Zeit angebotenen Prüfgeräte für die Phasenfolge
bei Drehstrom und auch die in der Patentliteratur beschriebenen zeigen alle den
Drehsinn optisch an.
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Zur Anzeige werden Zeigerinstrumente, Glimmlampen oder umlaufende
Scheiben benutzt. Wohl eigenen sich einige dieser Geräte auch zum Feststellen von
Spannung, Kombinationen mit Durchgangsprüfern sind jedoch nicht bekannt.
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Kritik des Standes der Technik Die zur Zeit üblichen Geräte zur Feststellung
der Phasenfolge bei Drehstrom siitd
Einzweckgeräte, mit denen höchstens
noch das Vorhandensein einer elektrischen Spannung festgestellt werden kann. Der
Elektromonteur braucht also noch ein weiteres Gerät,mit dem er die elektrische Leitfähigkeit
von Verbindungen prüfen kann. Dabei überwiegt die Benutzung des letzteren. Außerdem
verlangt die zur Zeit allgemein übliche optische Anzeige der Phasenfolge, daß bei
der Benutzung des Gerätes die Aufmerksamkeit von den für diese Prüfung nur provisoriechen
durch Berühren der spannungführenden Leitungen mit den Prüfleitungen hergestellte
elektrische Verbindung ab- und dem Prüfgerät zugewendet werden muß.
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Dies kann zu ungewollten Berührungen des Prüfenden mit den unter Spannung
stehenden Leitungen, also zu elektrischen Unfällen führen. Hinzukommt, daß durch
den Wechsel der Richtung der Aufmerksamkeit die Prüfung längere Zeit beansprucht
als eigentlich nötig.
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Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen akustisch
anzeigenden Spannungs-und Durchgangsprüfer mit einer Zusatzeinrichtung zu versehen,
die es ermüglictt , eine Phasenfolge, beispielsweise die für den rechten Drehsinn,
eines Drehstromsystems akustisch erkennbar zu machen.
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Lösung Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Brückenschaltung
benutzt wird, die entweder zwischen den Außenleitern des Drehstromsystems oder zwischen
zwei Außenleitern und dem Mittelpunktleiter gdschaltet wird und die einen Kondensator
zur Phasendrehung enthält, so daß beim Anschluß der Außenleiter in einer bestimmten
Reihenfolge die resultierende Brückenspannung einen Minimalwert unterschreitet.
Der akustisch anzeigende Durchgangs- und Spannungsprüfer ist mit einem spannungsgesteuerten
Halbleiterbauelement in Reihe geschaltet und die beiden freien Enden dieser Reihenschaltung
sind an die Anschlußpunkte des Indikatorzweiges der Brückenschaltung gelegt, so
daß das akustische Signal solange ertönt, wie die Brückenspannung den Schwellwert
des spannungsgesteuerten Halbleiterbauelementes nicht unterschreitet.
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Weitere Ausgestaltung der Erfindung Um das spannungsgesteuerte Halbleiterbauelement
geringer zu beanspruchen, kann der Indikatorzweig der Brückenschaltung durch einen
Spannungsteiler gebildet wet den, der aus der Reihenschaltung eines Widerstandes
und einer Glimmlampeoder aus zwei Widerständen besteht, wobei dann die freien Enden
der Hintereinanderschaltung
des spannungsgesteuerten Halbleiterbauelements
und des akustisch anzeigenden Durchgangs- und Spannungsprüfers mit den Enden oder
einem Ende und dem Abgriff des Widerstandes verbunden sind.
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Es kann auch ein akustisch anzeigendes Prüfgerät für Durchgang verwendet
werden, dessen Ansprechbereich nach hohen Widerständen hin begrenzt ist. In diesem
Falle kann das spannungsgesteuerte Bauelement wegfallen, wenn sichergestellt ist,
daß das akustische Prüfgerät nicht schon über die Widerstände der Brückenschaltung
anspricht, gegebenenfalls kann auch anstelle des spannungsgesteuerten Bauelements
ein Widerstand treten, der das Ansprechen des Prüfgerätes auf Durchgang gerade verhindert.
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In einer weiteren Ausgestaltung können Umschalter vorgesehen werden,
mit denen die Brückenschaltung unwirksam gemacht wird und das Prüfgerät allein zur
Spannungs- und Durchgangsprüfung befähigt ist, wobei jedoch zwei der Anschlüsse
wie für die Prüfung der Phasenfolge benutzt werden.
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Erzielbare Vorteile Mit dem erfindungsgemäß gestalteten Prüfgerät
werden mehrere Vorteile erreicht.
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Einmal sind die bei Arbeiten an elektrischen Anlagen oft benötigten
Prüfgeräte in einem vereint, woraus sich ein Kostenvorteil für die Beschaffung und
ein Vorteil bei der Bereithaltung bzw. dem Transport ergibt.
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Ein nicht zu unterschätzender Vorteil ist jedoch auch in der Verbesserung
der Sicherheit bei Arbeiten an spannungsführonden Leitungen zu sehen, da sich die
optische Aufmerksamkeit des Prüfenden ganz auf das Anschließen der Prüfleitungen
richten kann und das Ergebnis der Prüfung akustisch angezeigt wird.
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Beschreibunq von Ausführungsbeispielen In der Abbildung, Fig 1., ist
der Schaltplan eines Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt.
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An den Anschlüssen (1), (2) und (3) liegen die Eckpunkte der phasenempfindlichen
Brückenschaltung, die aus den hinteeinander geschalteten Widerständen (R2, R3) und
der Reihenschaltung von einem Widerstand (R1) und einem Kondensator (C1) besteht.
Der Indikator für den Abgleichzustand der Brücke wird einerseits an den Verbindungspunkt
(x) der beiden Widerstände (R2 R3) und andererseits an den Verbindungspunkt (y)
zwischen dem Widerstand (R1S und dem Kondensator (C1) angeschlossen. Im Falle der
"rechtsdrehenden" Phasenfolge dreier als Drehstrom verketteter
Wechselspannungen
gleicher Größe und Frequenz, die an die Anschlüsse (1, 2, 3) gelegt sind, nimmt
die Spannung zwischen den Verbindungspunkten (x,y) 0 ein Minimum an, weil der Kondensator
die Phasenlage der Spannung um 60 drcht.
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Als Indikator für den Abgleichzustand der Brückenschaltung wird erfindungsgemäß
ein akustisch anzeigendes Prüfgerät für el. Spannung und el. Durchgang (P) verwendet.
Im Ausführunosbeispiel ist dies als ultivibrator dargestellt, der aus zwi Transistoren
(T1, T2), zwei Kondensatoren (cit, C12), vier Wißderständen (R11, R12, R13, R14)
besteht und der aus der Batterie (B) mit Strom versorgt wird und dessen Schwingfrequenz
mit dem Lautsprecher (L) für Menschen hörbar gemacht wird.
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Der Multivibrator wird in Betrieb gesetzt, indem die Anschlußpunkte
(c) und (c') elektrisch leitend miteinander verbunden werden, wobei der Widerstand
dieser Verbindung ein bestimmtes Naß nicht überschreiten darf; Außerdem kann der
multivibrator auch in Betrieb gesetzt werden, wenn die Anschlußpunkte (c) und (c')
an eine Spannungsquelle gelegt werden, die entweder die wirkende Spannung der Batterie
vergrößert oder sie nur zum Teil aufhebt.
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mit den Umschaltern (U) und U') können die Anschlußpunkte des Prüfgerätes
(P) direkt zu den Anschlüssen (1) und (2) verbunden werden und zwischen diesen Anschlüssen
sind dann Spannungs- und Durchgangsprüfungen ausführbar. In der in Fig. 1 dargestellten
Stellung der Umschalter (U, U') ist der Anschlußpunkt (c) des Prüfgerätes (P) mit
dem Verbindungspunkt (x) zwischen den Widerständen (R2) und ' (R3) der Brückenschaltung
und der Anschlußpunkt (c') über das spannungsgesteuerte HalbleiterelEment (Zenerdiode)
(Z) mit dem Verbindungspunkt (yj des Widerstandes (R1) und des KonJensators (C1)
verbunden.
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Werden in der dargestellten Stellung der Umschalter (U, U') die drei
Außenleiter eines Drehstromsystems an die Phasenanschlüsse (1, 2, 3) gelegt, so
kommt es auf die Phasenfolge an, ob in der Brückenschaltung (R2, R3/R1, ci) eine
resultierende Spannung zwischen den Verbindungspunkten auftritt oder nicht. Nur
bei der "rechtsdrehenden" Phasenfolge tritt keine resultierende Spannung zwischen
den Verbindungspunkten (x, y) auf, vorausgesetzt, die Brückenglieder sind exakt
bemessen. In der praktischen Ausführung wird jedoch immer eine geringe Spannung
auftreten, da die verwendeten Bauelemente Toleranzen aufweisen. Diese Spannung wird
jedoch beträchtlich geringer sein als jede Spannung, die zwischen den VeF bindungspunkten
auftritt, wenn die Phasenfolge nicht "rechtsdrehend" ist oder wenn an einem der
drei Phasenanschlüsse keine Wechselspannung liegt oder der Mittelpunktsleiter des
Drehstromsystems angeschlossen ist.
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Durch das spannungsgesteuerte Halbleiterelement (Z) wird erreicht,
daß die an den Verbindungspunkten (x, y) auftretende Spannung erst einen Mindestwert
übersteigen muß, ehe sie sich auf den Nultivibrator des Prüfgerätes (P) auswirken
kann. Zweckmäßigerweise wird diese Durchbruch- oder Zündspannung des spannungsgesteuerten
ialbleiterlelements etwas höher bemessen als die Spannung der Batterie des Prüfgerätes
(P), so daß auch im Falle, daß keine Wechselspannung an den Phasenanschlüssen (1,2,3)
liegt, der Stromkreis des Prüfgerätes (P) zwischen seinen Anschlußpunkten (c, c')
nicht über die Widerstände (R1) und (R2) der Brükkenschaltung geschlossen werden
kann.
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Die Abbildung, Fig. 2, zeigt den Schaltplan eins weiteren Ausführungsbeispiels
der Erfindung. Es unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 hinsichtlich der Ausbildung
der phasenempfindlichen Brückenschaltung. Das akustisch anzeigende Prüfgerät (P)
nach Fig. 1 ist an qie Anschlußpunkte (c, c') angeschlossen vorzustellen. Es kann,
ebenfalls wie in Fig. 1, mit den Umschaltern (U, U') direkt an die Anschlüsse (1,
2) geschaltet werden und hat dann die gleiche Funktion wie oben beschrieben.
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In der gezeichneten Stellung der Umschalter (U, U') ist das an (c,
c') angeschlossene Prüfgerät (P) als Indikator für die Brückenschaltung wirksam.
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Die vereinfachte Brückenschaltung nach Fig. 2 besteht aus der Hintereinanderschaltung
zweier Widerstände (R 5, R6) und eines Kondensators. Die freien Enden dieser Hintereinanierschaltung
stehen über die Phasenanschlüsse (1, 2) mit zwei Außenleitern eines Drehstromsystems
in Verbindung. Nur wenn die Phasen dieser Außenleiter "rechtsdrehend" aufeinander
folgen, tritt zwischen dem Verbindungspunkt (x) der beiden Widerstände (R5) und
(R6) und dem Mittelpunktsleiter (N) des Drehstromsystems keine resultierende Spannung
auf, vorausgesetzt, die Brükkenglieder (R5, R6, C2) sind exakt bemessen. Da dies
jedoch in der Praxis wegen der Fertigungstoleranzen nicht erreichbar ist, ist zwischen
dem Verbindungspunkt (x) und dem Mittelpunktsleiter (N) ein Spannungsteiler vorgesehen,
der aus einer Entladungsröhre (G) und einem Widerstand (R4) gebildet wird. Damit
ist sichergestellt, daß an dem Widerstand (R4) solange keine Spannung abfällt, wie
die Zündspannung der Entladungsröhre nicht erreicht ist. Erst wenn die Zündspannung
überschritten wir-d und ein Strom zu fließen beginnt, tritt auch an dem Widerstand
(r4) eine Spannung auf, die sich auf das an den Anschlußpunkten (c, ct) liegende
Prüfgerät (P) auswirken kann. Dies wird jedoch erst dann der Fall sein, wenn diese
Spannung die Durchbruchspannung des spannungsgesteuerten Halbleiterelements (Z),
das zwischen dem Verbindunjspunkt (y) und dem Anschlußpunkt (c') geschaltet ist,
ü-bersteigt.
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In der Abbilden , Fig. 3, ist der Schaltplan eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung dargestellt, mit der die Aufgabe der Erfindung mit geringstem Aufwand
gelöst wird. Die phasenempfindliche Brückenschaltung, die aus den Widerständen (R5,
Re) und dem Kondensator gebildet wird, entspricht der aus Fig. 2. Zum Unterschied
dazu ist jedoch nur ein Umschalter (U') vorhanden. Wird er betätigt, so ist wohl
der Anschlußpunkt (c') des akustisch anzeigende n Prüfgerätes für el. Spannung und
el. Durchgang (P in Fig. 1) direkt zu dem Phasenanschluß (2) verbunden, der Anschlußpunkt
(c) jedoch steht über den Widerstand (R5) mit dem Anschluß(1) in Verbindung.
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Bei der Auslegung der Schaltelemente des Multivibrators im Prüfgerät
(P) muß also dieser Umstand berücksichtigt sein, damit die Funktionsfähigkeit für
Spannungs- und Durchangsprüfungen bestehen bleibt. Es bietet sich an, dafür den
Widerstand (R14) in der Multivibratorschaltung wegzulassen.
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In der gezeichneten Stellung des Umschalters (U') dient das Prüfgerät
(P), das an den Anschlußpunkten (c, c') zu denken ist, als Indikator für die resultierende
Brückenspannung zwischen dem Verbindungspunkt (x) der Widerstände (R5) und (Re)
und dem Anschluß (N) des mittelpunktleiters. Da in diesem Ausführungsbeispiel auf
spannungsabhängig reagierende Elemente verzichtet wird, verhindert der Widerstand
(R7) das Ansprechen des Prüfgerätes (P) sowohl auf kleine resultierende Spannungen
zwischen dem Verbindungspunkt (x) und dem Mittelpunktsleiter (N) als auch auf das
Ansprechen in der Art einer Durchgangsprüfung über den geringen Innenwiderstand
des Drehstromsystems zwischen seinem Mittelpunktsleiter (N) und dem am Phasenanschluß
(1) angeschlossenen Außenleiter. Der Widerstand (R7) ist in der gezeichneten Stellung
des Umschalters (U') zwischen dem Anschlußpunkt (c') des Prüfgerätes (P) und dem
Anschluß des Mittelpunktsleiters (N) eingeschaltet, er ist so hoch bemessen, daß
der Miltivibrator des Prüfgerätes (P) nicht in Funktion treten könnte, wenn mit
ihm die Anschlußpunkte (c, c') verbunden werden würden.
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Im Falle, daß zwei Außenleiter des Drehstromsystems in nicht rechtsdrehender
Phasenfolge an die beiden Phasenanschlüsse (1, 2) angeschlossen sind, entsteht zwischen
dem Verbindungspunkt (x) und dem Mittelpunktsleiter (N) eine Spannung, die aus zwei
Teilspannungen besteht. Die höhere Teilspannung fällt an dem Widerstand (R7) ab,
die niedere Teilspannung wird am Innenwiderstand des Prüfgerätes (P) wirksam und
bildet sich zwischen den Anschlußpunkten (c, c') aus. Sie addiert sich - da es sich
ja um eine Wechselspannung handelt - mit einer Halbwelle zur Spannung der Batterie
(B) des im Prüfgerät (P) nach Fig. 1 enthaltenen
Multivibrators.
Der Multivibrator kann also immer während einer Halbwelle in Funktion treten und
der Lautsprecher (L) wird während dieser Periode ertönen.
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Wenn zwei Außenleiter in richtiger, "rechtsdrehender" Phasenfolge
an den Phasenanschlüssen (1,2) liegen, so entsteht bei exakter Bemessung der Widerstände
(R5, R6) und des Kondensators (C2) keine resultierende Spannung an den Punkten (x)
und (N). Es können sich also auch keine Teilspannungen an dem Widerstand (R7) und
dem Innenwiderstand des Multivibrators einstellen und, da der Widerstand (R7) -
wie vorausgesetzt - so groß bemessen ist, daß der Multivibrator nicht in Funktion
kommt, kann der Lautsprecher auch nicht ertönen.
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Da ja, wie bei den vorhergeschilderten Ausführungsbeispielen schon
erwähnt, durch Fertigungstoleranzen dennoch eine geringe resultierende Spannung
zu erwarten ist, ist auch der Strom zu berücksichtigen, der nötig ist, um den Multivibrator
wirksam werden zu lassen. Der Widerstand (h7) ist also so groß zu bemessen, daß
bei der höchsten, infolge Fertigungstoleranzen auftretenden resultierenden Spannung,
dieser Stromwert nicht erreicht wird.
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Bezugszeichen in den Zeichnungen Anlage 4 1, 2, 3 Phawenanschlüsse
N Anschluß des Mittelpunktsleiters R1, R2, R3, R5, R6 Widerstände in der phasenempfindlichen
Brückenschaltung R4, R7 Vorwiderstände C1, C2 Kondensatoren in der phasenempfindlichen
Brückenschaltung Ril, R12, R13, R14 Widerstände des Multivibrators Cii, C12 Kondensatoren
des Multivibrators T1, T2 Transistoren des Multivibrators 8 Stromquelle (Batterie)
des Multivibrators L Lautsprecher P Prüfgerät für el. Spannung und el. Durchgang
c 1 Anschlußpunkte des Prüfgerätes (P) U U' Umschalter a a', b, b1 Kontakte des
Umschalters x, y Verbindungspunkte zum Indikator der Brückenschaltung G Entladungsröhre
(Glimmlampe) Z Spannungsgesteuertes Halbleiterelement (Zenerdiode)