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Kleinvorrichtung für Differentialschalter von hoher und
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höchster Empfindlichkeit, die von mechanisch sehr empfindlichen Auslösern
betätigbar ist" Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kleinvorrichtung zur Verstärkung
von Kräften und Wegen für Differentialschalter, insbesondere von hoher und höchster
Empfindlichkeit, die insbesondere von empfindlichen Auslösern betätigbar ist und
Kräfte von nur wenigen Gramm und Auslösewege von etwa 1 mm entwickelt.
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Derartige Vorrichtungen, nämlich zum Unterbrechen von Stromkreisen,
in die sie eingebaut sind, zwecks Anzeige von Strömen gegen Erde (Differentialströme),
bestehen im wesentlichen aus einem Differentialtransformator, einem Auslöser, der
im allgemeinen als Regler für den Wert des Betätigungs-Differentialstromes vorgesehen
ist, ferner einem Verstärkungs
mechanismus für die vom Auslöser
gelieferten Kraft- und Wegwerte sowie einem Leitungsschalter oder wenigstens thermomagnetischen
Schutzvorrichtungen.
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Es sind Klein-Differentialschalter bekannt, die mit sehr kleinen Nominalwerten
des Ansprechstromes (zum Beispiel 5 mA) arbeiten, und mit kleinen, sehr empfindlichen
Auslösern versehen sind. Diese können Kräfte von wenigen Gramm und Wege von weniger
als 1 mm übertragen. Da die Betätigung der gewöhnlichen Leitungsschalter Kräfte
in der Größenordnung von mehreren Hunderten von Gramm erfordert, sind Mechanismen
mit großer Verstärkung notwendig. Wenn z.B. die vom Auslöser gelieferte Kraft 5
Gr. beträgt und der Schalter eine Kraft von 1 Kg. erfordert, beträgt der Verstärkungsfaktor
1 : 200.
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Bezüglich der handelsüblichen Kleinauslöser ist hervorzuheben, daß
deren Empfindlichkeit wegen den von ihnen zu übertragenden Werten in der Größenordnung
von Tausendstel Millimetern sehr empfindlich gegen Staub, Oxydation, Feuchtigkeit
etc. sind. Demzufolge muß der Auslöser nach jeder Betätigung sofort in seine Ruhestellung
zurückversetzt werden.
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Bei kleinen Auslösevorrichtungen, die hohe Verstärkungsfaktoren verarbeiten
müssen, ergeben sich Probleme hinsichtlich der Größe und einer zufriedenstellenden
Empfindlichkeit bei der Betätigung zur Rückstellung bzw. Spannen des Auslösers,
die bis heute nur zum Teil gelöst sind, so daß es nicht verwundert, daß die mechanische
Lebensdauer der handelsüblichen Auslösevorrichtungen und pifferentialschalter relativ
begrenzt ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestand die erste Aufgabe darin,
diese so auszubilden, daß damit auch normale Leitungsschalter, bei welchen Kräfte
von nur wenigen Gramm
und Wege von etwa 1 Millimeter auftreten,
betätigt werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 gelöst.
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Damit wird also erreicht, daß die sehr geringe, von der Auslösevorrichtung
übertragene Energie, die zum Öffnen der Leitungsschalter notwendige und in der Vorrichtung
durch die gespannte Feder gespeicherte Energie in zwei aufeinanderfolgenden Phasen
beim Spannen der Vorrichtung von Hand freigegeben wird.
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In der ersten Phase kommt also die Verstärkung dadurch zustande, daß
man den Reibungskoeffizienten ausnutzt, insofern als der Anker einen flexiblen Hebel
freigibt, der auf einen Auslösenocken aufläuft. Die so erhaltene Verstärkung ist
dann etwa gleich dem Reziprokwert des Reibungskoeffizienten. Wenn zum Beispiel der
Anker eine Kraft von einigen Gramm ausübt, ist bei einem angenommenen Reibungskoeffizienten
von 0,1 die Möglichkeit gegeben, eine Kraft freizugeben, die etwa das 10-fache derjenigen
des Auslösers beträgt.
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In der zweiten Phase nutzt man die Verstärkung eines Kraftmoments
aus, das von einer an dem genannten flexiblen Hebel angreifenden Feder bewirkt wird.
Diese Kraft entsteht durch Vergrößerung des Betätigungsarmes in Bezug auf den Drehmittelpunkt
des Hebels, dessen Drehmoment (das vorteilhafterweise auf die Betätigungswelle des
Leitungsschalters übertragen wird) um einen Faktor verstärkt wird, der gleich dem
Verhältnis des Ausgangsarms zum Eingangsarm ist. Das Produkt der beiden Verstärkungsfaktoren
- das sich aus dem Reibungskoeffizienten und das sich aus dem Moment ergebende -
ergibt dann den Gesamtverstärkungsfaktor der Auslösekraft, der daher besonders hoch
ausfallen kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht außer beachtlichen Kraftverstärkungen
auch Wege und Drehungen, deren Werte in besonderen Fällen annähernd 1800 betragen
können.
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Damit ist es gelungen, leistungsfähige Vorrichtungen zu bauen, deren
geringe Ausmaße es erlauben, Differentialschalter gleicher Dimensionen zu verwenden,
die in der Reihe der Kleinschalter bereits seit langem bei elektrischen Standard-Schalttafeln
Anwendung gefunden haben.
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Die zweite der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand darin, den
Anker des Auslösers sofort nach seiner Betätigung wieder in seine Ruhestellung zu
bringen, wobei besonders darauf geachtet wurde, daß seine Wiederspannung mit großer
Sorgfalt vorgenommen wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Vorrichtung
sofort nach der Auslösung wieder gespannt wird, indem ein Hebel auf die Fläche eines
anderen Hebels aufläuft, wobei die bei der Deformation eines leichten, elastischen
Hebels entstehende kinetische Energie abgebremst wird.
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Der Auslöser wird hier also während der Auslösebewegung selbst wieder
gespannt, wobei sich die Ladebewegung verlangsamt, indem der Hebel auf eine Neigungsebene
eines anderen Hebels aufläuft und die kinetische Energie, die bei der elastischen
Deformation des Ladehebels des Auslösers entsteht, abgebremst wird.
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Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand darin,
die Vorrichtung mit einer Funktions-Prüfeinrichtung auszustatten, die es ermöglicht,
den Speisestrom sofort zu unterbrechen, selbst wenn der entsprechende Drücker eingedrückt
gehalten wird und selbst wenn der genannte Strom abgeschaltet wird in einem Punkt,
in welchem die Spannung
aufrechterhalten ist, obwohl die Schalterkontakte
Seo4net waren.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst worden durch einen Hilfsstromkreis,
der einen drehbaren und mit der Betätigungswelle des Leitungsschalters verbundenen
Kontakt sowie einen im eingedrückten Zustand einen beweglichen Kontakt mit dem drehbaren
Kontakt schließenden Drücker und ferner einen Eichwiderstand aufweist.
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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere
wenn diese mit einem Leitungsschalter zusammen verwendet wird, der mit einem Überlas
tungs auslöser ausgestattet ist, ist darin begründet, daß mit der Vorrichtung beurteilt
werden kann, ob die Öffnung des Stromkreises durch eine Überlastung oder von einem
durchfließenden Differentialstrom verursacht wurde.
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Hierfür ist vorgesehen, daß der Drücker heraustritt, wenn die Funktion
durch einen Differentialstrom verursacht ist.
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Der Drücker dient danach zum Spannen der Vorrichtung. Wenn daher der
Leitungsschalter infolge Überlastung automatisch geöffnet wird, befindet sich sein
Betätigungshebel in geöffneter Stellung; wenn dagegen dieser durch einen Differentialstrom
geöffnet wird, befindet sich auch der Drücker zum Wiederspannen der Vorrichtung
in geöffneter Stellungo Selbstverständlich kann der genannte Drücker an eine getignete
optische oder akustische Signaleinrichtung angeschlossen werden.
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Vorliegende Erfindung ist nachstehend anhand der beispielhaft, jedoch
nicht begrenzend dargestellten Figuren beschrieben, die im Hinblick auf die tatsächlichen
Dimensionen der von ihnen dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung vergrößert
gezeichnet sind.
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Fig. 1 zeigt eine Aufsicht der gespannten und schaltbereiten Vorrichtung,
Fig. 2 zeigt eine seitliche Teilansicht der Vorrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 zeigt
eine Draufsicht auf die untere Seite der Vorrichtung nach Fig. 1, Fig. 4 zeigt eine
Aufsicht der Vorrichtung nach Fig. 1 in irgend einem Zeitpunkt nach der Auslösung
und in der am weitesten ausgefahrenen Stellung, Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf
die untere Seite der Vorrichtung nach Fig. 1 in dem Zeitpunkt der Auslösung, d.h.
mit vollständig herausgefahrenem Anker und Fig. 6 zeigt die Arbeitsstellung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung (bei betätigtem Drücker), in Vollstrich gezeichnet.
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Nachfolgend ist die Funktion der Vorrichtung beschrieben.
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Es sei vorausgesetzt, daß die Stellung des mit Voll strich gezeichneten
Hebels 18 eingenommen ist, wenn die Vorrichtung in ihrer gespannten Stellung ist,
wohingegen die gestrichelt gezeichnete Stellung diejenige nach Auslösung der Vorrichtung
ist.
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Es wird unterstellt, daß die Vorrichtung gespannt sei, wie in den
Figuren 1,2 und 3 gezeigt, wobei der Anker angezogen ist.
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Der -Funktionszyklus beginnt mit der Betätigung des Schalters.
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1. Phase. Auslösung des Hebels 5 und seine Drehung Der vom Anker des
Schalters 3 gedrückte flexible und elastische Hebel 2 befreit den flexiblen und
elastischen Hebel 5 vom Schaltnocken 4, wobei der Hebel 5 durch die Kraft 6 der
Feder 7 im Uhrzeigersinn verdreht wird und in die am weitesten ausladende Stellung
gerät (vgl. Fig. 4).
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II. Phase: Drehung der Betätigungswelle des Leitungsschalters Bei
Verdrehung des Hebels 5 wird die Schubstange 11 angezogen, die ihrerseits den Arm
der Welle 10 verdreht, womit der Schalter geöffnet wird.
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III. Phase: Spannen des Schalters und Erreichen der Ruhestellung der
Vorrichtung Die Drehung des Hebels 5 bewirkt die gleichzeitige Drehung des Bolzens
25 in die Stellung 14, wobei sich die normalerweise von der Feder 27 in Schaltstellung
gehaltene Klinke 15 verdreht (vgl. Fig. 1 und 4). Hierdurch wird der Hebel 16 in
folge der Drehkraft der Feder 17 im Gegenuhrzeigersinn gedreht und kommt dabei frei.
Damit beginnt die Rückbewegung des gezogenen Hebels 5, wobei die Feder 7 von der
Schubstange 26 gespannt wird; hierbei erreicht der Hebel 5 seine Ruhestellung jenseits
des Schaltnockens 4, wobei außerdem der Drücker 1 in seine Stellung "0" angehoben
wird, wo er verbleibt. Die Drehung des Hebels 16 bewirkt außerdem die Verdrehung
des Hebels 19 nach unten (vgl. Fig. 2), der seinerseits eine Drehbewegung des von
der Spannfeder 13 angezogenen Hebels 18 bewirkt, wobei letzterer von einer Neigungsebene
20 gebremst und geführt wird. Die Drehung des Hebels 18 bewirkt eine Drehung des
elastischen Hebels 2 (Fig. 3), wobei die kinetische Energie des Hebels 18 abgebremst
wird; hierbei wird der Anker in seine Ausgangsstellung zurückgebracht, womit eine
stufenweise Wiederspannung des Schalters 3 bewirkt wird.
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IV. Phase: Wiederspannung der Vorrichtung Bei Betätigung und Bewegung
des sich in angehobener Stellung befindenden Drückers 1 bis in die Stellung I spannt
sich die Feder 17 und die Feder 13, wobei die Welle 10 frei wird und sich in ihre
Ruhestellung zurückbewegen kann (vgl. Fig. 1). Jetzt berührt der Hebel 5 den Schaltnocken
4, und der Hebel 18 (vgl. Fig. 3) wird vom Hebel 2 frei, womit der Mechanismus in
seine gespannte Stellung (vgl. Fig. 1) zurückgeht und damit zu einem neuen Arbeitszyklus
bereit ist.
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In Figur 6 ist die Prüfvorrichtung des Differentialschalters, insbesondere
der Vorrichtung und des Schalters gezeigt. Wie bereits erwähnt, ist die Ruhestellung
der Vorrichtung durch Voll-Linien und die Betriebsstellung durch Unterbruchslinien
veranschaulicht.
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Bei Betätigung des Drückers 21 schließt sich der Prüf.ungsstromkreis
über einen geeichten Widerstand 22, die Feder 24 und den Kontakt 23, wobei ein Ungleichgewicht
der Ströme im Differentialtransformator (nicht dargestellt) simuliert wird mit nachfolgendem
Durchgang des Stroms durch den Schalter 3 (vgl. Fig. 4); hierdurch wird eine Drehung
der Welle 10 veranlaßt, die eine Öffnung des Stromkreises der Prüfvorrichtung bewirkt
mit nachfolgender sofortiger Unterbrechung des insbesondere den Widerstand 22 durchfließenden
Stroms.
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Dank der sofortigen Öffnung des Prüfstromkreises durch die Drehwirkung
der Welle 10 ist es bei der gezeigten Vorrichtung freilich nicht erforderlich, den
Widerstand einer thermischen Zerstörungsbeanspruchung zu unterziehen; diese
würde
eine Funktionskontrolle des Differentialschalters mit dem Prüfungsdrücker unmöglich
machen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vom Fachmann viele Abwandlungen
erfahren; so ist es beispielsweise möglich einen weiteren Hebel zur besseren Dämpfung
der Aufladetätigkeit des Schalters vorzusehen; solche Abwandlungen gehören zum Gebiet
des gegenwärtigen industriellen Eigentums und sind in den Ansprüchen zum Ausdruck
gebracht.
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