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Schalteinrichtung für elektrische Stromverbraucher, vorzugsweise Beleuchtungsstromkreise
in Wohnräumen Für das Ein- und Ausschalten von elektrischen Stromverbrauchern, vorzugsweise
für Licht- und Ilraftstromkreise in Wohnräumen, sind Schalteinrichtungen bekanntgeworden,
bei denen der Nutzstromkreis durch Bedienungsdrucktasten o. dgl. über einen Jaus
einer Hin- und Rückleitung bestehenden Steuerstromkreis durch kurzzeitige Steuerstromimpulse
wechselweise ein- und ausgeschaltet wird. Für ein derartiges Fernschaltsystem bzw.
für den dabei verwendeten Nutzstromschalter ist es wesentlich, daß nur eine einzige
Bedienungsdrucktaste .vorgesehen ist, mit der sowohl der Einschaltvorgang als auch
der Ausschaltvorgang ausgelöst wird, und daß zwischen dieser Drucktaste und dem
Nutzstromschalter ein lediglich aus Hin- und Rückleitung bestehender Hilfsstromkreis
liegt, der mit möglichst geringen Strom- und Spannungswerten arbeitet. Es hat sich
in der Praxis gezeigt, - daß insbesondere in Wohnräumen derartige Fernschaltsysteme
nur dann brauchbar sind, wenn man auch bei größeren Entfernungen zwischen Bedienungsdrucktaste
und Nutzstromschalter (etwa zoo m Steuerentfernung bzw. Zoo m Steuerleitung) finit
Klingeldraht üblicher Abmessungen (0,5 mm2 Querschnitt) und Kleinstspannungen (q.
bis 6 Volt) auskommen kann. Die Forderung der kleinen Spannung muß erfüllt sein,
damit in dem vom Starkstromkreis getrennten Steuerstromkreis des Systems völlige
Unfallsicherheit erreicht wird und beispielsweise im Gegensatz zu unmittelbar betätigten
Starkstromkreisen die Bedienungsdrucktasten auch in feuchten Räumen wie Badezimmern
o. dgl. gefahrlos angeordnet werden können. Eine ausreichende Sicherheit der Betätigung
auch bei größten Steuerentfernungen, d. h. eine außerordentlich kleine Steuerleistung,
muß erfüllt sein, damit auch bei größerer Ausdehnung eines solchen Fernschaltsystems,
beispielsweise in größeren Hotels oder Bürohäusern, die schaltungstechnischen Vorteile,
welche das Fernschaltsystem mit sich bringt, voll zur Geltung kommen können.
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Gegenstand der Erfindung ist eine neuartige Schalteinrichtung, welche
in derartigen Fernschaltsysteinen mit Vorteil angewendet werden kann, um die Steuerverbindung
zwischen dem Schwachstromsteuerkreis und dem Starkstromnutzkreis herzustellen. Die
Erfindung geht von bekannten Nutzstromschaltern aus,. bei denen zum Ein- und Ausschalten
des Nutzstromkreises ein Quecksilberkippschalter verwendet wird, der unter Vermittlung
eines IVI-förmigen Lenkers durch einen Stößel beim Einschalten der Magneterregung
abwechselnd in die eine oder andere
seiner beiden Endlagen bewegt
wird. Bei solchen Schaltern werden erfindungsgemäß die obengenannten, bei einem
Fernschaltsystem notwendig zu stellenden Bedingungen dadurch erfüllt, daß für das
Antriebssystem des Quecksilberkippschalters eine neuartige Anordnung verwendet wird.
Das Kennzeichen dieser Antriebsordnung besteht darin, daß der Arbeitsanker des Schalterantriebes
um seine Eigengewichtssymmetrieachse drehbar gelagert und der Weg für den magnetischen
Fluß des Magnetsystems, abgesehen von den für die freie Beweglichkeit des Arbeitsankers
erforderlichen Luftspalten, vollständig eisengeschlossen ist, und daß außerdem der
den Quecksilberkippschalter steuernde Stößel durch Federn in einer labilen Gleichgewichtslage
gehalten und mit dem Anker des Magnetsystems derart verbunden ist, daß das Eigengewicht
des Stößels dem Anker nach Ausschaltung der Magneterregung in seine Endlage verstellt.
Die Erfindung erzielt eine außerordentlich hohe Leistungsfähigkeit des Schalters
durch Anwendung eines vollständig eisengeschlossenen Magnetsystems bei gleichzeitiger
Anwendung einer neuartigen Lagerung des den M-förmigen Lenker bzw. den Quecksilberkippschalter
steuernden Stößels. Durch beide Maßnahmen wird das Verhältnis zwischen der Steuerleistung
im Schwachstromkreis und der Steuerleistung im Nutzstromkreis gegenüber allen bekannten
Anordnungen ganz wesentlich erhöht. Es hat sich gezeigt, daß für dieses Verhältnis
Zahlenwerte von i : 7oo erzielt werden. Dies liegt daran, daß beide Erfindungsmerkmale,
nämlich der eisengeschlossene Magnetweg und die besondere Lagerung des Stößels,
im Sinne einer außerordentlich weitgehenden Verringerung der für die Bewegung des
Kippschalters notwendigen Arbeiten wirken. Das geschlossene Magnetsystem setzt-die
bei gegebener Bewegungskraft des Magnetankers notwendige Steuerleistung im Schwachstromsteuerkreis
auf ein Mindestmaß herunter. Gleichzeitig vermeidet die besondere Lagerung des Stößels
in hohem Grade älle überflüssigen Reibungskräfte in der Übertragung des vom Anker
ausgeübten Drehmomentes auf den Quecksilberschalter. Erst durch die gleichzeitige
Anwendung beider Merkmale wird- ein Nutzstromschalter erzielt, der das obenerwähnte
hohe: Verhältnis zwischen Steuerleistung und Schaltleistung erreicht; ein Verhältnis,
welches keiner der bisher bekanntgewordenen Fernschalter aufweisen kann: Es wurde
bereits erwähnt, daß es bekannt ist, zum Ein- und Ausschalten des Nutzstromkreises
Quecksilberkippschalter zu verwenden und diese Schalter unter Vermittlung eines
M-förmigen Lenkers durch einen Stößel beim Einschalten der Magneterregung abwechselnd
in die eine oder andere seiner beiden Endlagen zu bewegen. Alle bekannten Schalter
dieser Art verwenden für den Antrieb des Stößels einen Magnet, der nach Art eines
Topfmagneten ausgebildet ist. Das hat zur Folge, daß der den Lenker steuernde Stößel
starr gelagert ist. Es entstehen Verklemmungen und schädliche Reibungsmomente, welche
die Schaltleistung wesentlich herabsetzen. Bei der Erfindung wird dieser Nachteil
dadurch vermieden, daß der Stößel durch Federn in einer labilen Gleichgewichtslage
gehalten und mit dem Anker des Magnetsystems derart verbunden ist, daß das Eigengewicht
des Stößels den Anker nach Ausschaltung der Magneterregung in seine Endlage verstellt:
Die den Stößel im labilen Gleichgewicht haltenden Federn ergeben eine wesentlich
günstigere Lagerung des Stößels; als es bei der Zwanglaufführung in dem bekannten
Topfmagneten möglich war. Trotzdem ist die Sicherheit der Betätigung des M-förmigen
Lenkers durchaus gewährleistet. Diese Betätigung ist sogar noch wesentlich günstiger,
weil die den Stößel seitwärts haltenden Federn beim Eintreten des Stößels in die
beiden Kerben des M-förmgen Lenkers sofort nachgeben.
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Soweit bei bekannten Fernschaltern vollständig eisengeschlossene Magnetsysteme
angewendet sind, arbeiten die bekannten Schalter mit Schrittschaltwerken, bei denen
der Anker reit einem drehbaren Schalterteil durch Klinken o. dgl. verbunden ist.
Diese Klinken müssen durch Federn in der Eingriffstellung gehalten werden und verursachen
dadurch sehr erhebliche Reibungsmomente, welche die Schaltleistung ungünstig beeinflussen.
Weitere Reibungsmomente werden bei bekannten Schalteinrichtungen dieser Art durch
Kontaktfedern verursacht, die den Nutzstromkreis öffnen oder schließen. Die Reibungsmomente
dieses: Schaltfedern sind um so größer; je größer die Schaltleistung gewählt wird.
Die Vorteile bezüglich der Steuerleistung, welche bei diesen bekannten Schalteinrichtungen
durch ein vollständig eisengeschlossenes Magnetsystem erreicht werden, sind somit
durch die Reibungsmomente des Antriebs-und Schaltersystems weitgehend wieder aufgehoben.
Verhältnisse zwischen Steuerleistung und Schaltleistung, wie sie bei der Erfindung
erzielt werden, sind auch mit diesen bekannten Einrichtungen nicht erreichbär.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
In den Fig. i und z bedeutet i ein Quecksilberschaltrohr, das auf einer auf der
Achse :2 drehbar gelagerten
Waage 3, seitlich etwas gegenüber der
Achse 2 versetzt, befestigt ist. Die das Quecksilberschaltrohr tragende Waage 3
befindet sich im labilen Gleichgewicht und wird in der einen Kipprichtung durch
die Rast q., in der anderen durch die Rast 5 gehalten. Ruht die Waage 3 auf der
Rast q., so stellt das Quecksilber im Innern des Schaltrohres die Verbindung zwischen
den beiden Anschlußkappen 6 und 7 her (Einschaltstellung) und trennt diese Verbindung
wieder, wenn die Waage 3 gekippt wird und damit die der Rast -5 entsprechende Stellung
(Ausschaltstellung) einnimmt: Die elektrische Verbindung zwischen den festen Anschlußklemmenu8
und 9 und den Anschlußkappen des Quecksilberschaltrohres wird durch je eine schraubenlinienförmig
gewundene vieldrähtige Leitung io hergestellt. Dadurch ist es möglich, die bewegliche
Leitung in einem kleinen und begrenzten Raum, z. B. in einem Isolierkörper i i,
so anzuordnen und zu führen, daß eine Vergrößerung der durch die Abmessungen des
Antriebes, des Schaltgliedes und der Klemmenanordnung bestimmten Grundfläche und
Höhe des Nutzstr omschalters vermieden wird. Es ist auch leicht möglich, die schraubenlinienförmig
gewundenen Leitungen durch diesen in der Längsrichtung geteilten und sie allseitig
umschließenden Isolierkörper i i gegeneinander und gegen Gehäuseteile zuverlässig
zu isolieren. Außer dem Vorteil kleinen Raumbedarfes hat diese Ausbildung, Anordnung
und Führung der beweglichen Verbindungsleitungen gegenüber anderen bekannten Anordnungen
den Vorteil, daß die von den beweglichen Leitungen io auf die Anschlußkappen der
Schaltröhre wirkenden Kräfte um ein Vielfaches kleiner sind als die beim Kippen
der das Schaltrohr tragenden Waage 3 durch die Verlagerung des Quecksilbers und
die Labilität der Waage auftretenden Kräfte, so daß die Schaltbewegung nicht durch
störende, von den beweglichen Leitungen ausgehende Feder- und Gewichtskräfte gehemmt,
vielmehr leicht und sicher ausgeführt wird und das bewegliche Schaltglied die herbeigeführte
Schaltstellung auch beibehält. Diese Einrichtung. ist daher für. das sichere Arbeiten
des Nutzstromschalters von wesentlicher Bedeutung, wobei noch kleiner Raumbedarf,
sichere Isolation und kleiner Kraftbedarf für- den Schaltvorgang als Vorteile in
Erscheinung treten. Der Isolierkörper kann auch noch, wie dies in dem Aus-' führungsbeispiel
weiter gezeigt ist, vorteilhaft als Träger für Konstruktionsteile des Quecksilberschaltrohres,
beispielsweise für die Rastenplatte 12 und die Achse 2 mit Waage 3 und Schaltrohr
dienen. Der Isolierkörper kann ferner als Klemmkörper zur Befestigung der festen
Anschlußklemmen 8 und 9 am Schaltersockel dienen, derart, daß die Fahnen 13 der
Anschlußklemmen in Aussparungen des Schaltersockels liegen und durch die den Isolierkörper
und die Rastenplatte mit dem Schaltersockel verbindende Achse 2 und Schraube 14.
befestigt werden, Die Achse 2 erhält zu dem Zweck, wie aus der Zeichnung ersichtlich,
eine rückwärtige, durch eine entsprechende Bohrung im Mittelsteg des Isolierkörpers
i i hindurchgeführte Verlängerung mit Gewinde und Befestigungsmutter.
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Der elektromagnetische Antrieb 15 ist so ausgebildet, daß sein Arbeitsanker
22 um seine Eigengewichtssymmetrieachse drehbar und der Weg für den elektromagnetischen
Fluß, abgesehen von den für die freie Beweglichkeit des Arbeitsankers 22 erforderlichen
Luftspalten, vollständig eingeschlossen ist. Hierdurch wird erreicht, daß die magnetische
Streuung und ferner die mechanischen Lagerreibungskräfte niedrig sind und die zugeführte
elektrische Steuerleistung daher mit hohem Wirkungsgrad in nutzbare mechanische
Schaltkräfte umgesetzt wird.
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Als Übertragungsmittel zwischen dem elektromagnetischen Antrieb 15
und der Waage 3 mit Schaltrohr ist in dem Ausführungsbeispiel ein Stößel 16 vorgesehen,.
der von zwei nach entgegengesetzter Richtung wirkenden Spiralfedern 17 und 18 gehalten
wird, welche zwecks genauer Einstellung des Stößels 16 mittels einer Schraube i9
mehr oder weniger gespannt werden können. Durch diese Einrichtung wird außer der
für sicheres Schalten wichtigen genauen Einstellbarkeit des Stößels 16 erreicht,
daß nur sehr kleine- Kräfte beim Anheben und Auslenken des Stößels 16 während des
Schaltvorganges durch den bekannten .]9-förmigen Lenker 2o vom Antrieb zu überwinden
sind, da die Spiralfedern 17 und 18 nur sehr kleiner Federkräfte zur Erfüllung ihrer
Aufgabe, die Zurückführung des Stößels 16 in die Ruhelage, bedürfen.
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Für eine gleichmäßige und sichere Ausführung der Schaltbewegung ist
es weiter vorteilhaft, wenn die in der Ruhelage auf den Stößel 16 wirkende Kraft
nicht viel kleiner ist als auf den sich dem Endpunkt seines Hubes nähernden Stößel.
Zu diesem Zweck ist in dem Ausführungsbeispiel der eine Pol 21 des elektromagnetischen
Antriebes i5 zwecks Verkleinerung des Luftspaltes zwischen dem Joch und dem in Ruhelage
befindlichen Anker 22 in Richtung des in Ruhelage befindlichen Ankers verbreitert.
Die beschriebenen besonderen Kennzeichen der beweg= lichen Verbindung io, der Spiralfedern
17 und 18 sowie des elektromagnetischen Antriebes 15 tragen dazu bei, den Leistungsbedarf
des Nutzstromschalters während des
Schaltvorganges sehr niedrig
zu halten, und ermöglichen, zusammen mit einer so geringen Steuerleistung auszukommen,
daß für den Betätigungsstromkreis bei den normalerweise praktisch vorkommenden Entfernungen
zwischen Nutzstromschalter und Bedienungsdrucktaste Schwachstromleitungen mit dem
beispielsweise für Klingelleitungen üblichen Kupferleiterdurchmesser von o,8 bis
r,o mm verwendet werden können. Im ein-oder ausgeschalteten Zustande ist ein Leistungsbedarf
im Betätigungsstromkreis infolge der von einem kurzzeitigen Steuerimpuls bewirkten
selbsttätig wechselweisen Umstellung zwischen den beiden Schaltstellungen Ein -
Aus, wie ersichtlich, nicht vorhanden.
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Für die zweckmäßige Gestaltung der Gesamtanordnung ist es vorteilhaft,
die Nutzstromschalter ortsfern von den Bedienungsstellen, z. B. zu mehreren in gemeinsamen
Schaltkästen vereinigt, unterzubringen. Der Vorzug dieser Anordnung, beispielsweise
Zusammenfassung der Nutzstromschalter in einem Schaltkasten auf der Diele eines
Wohnhauses, ist gute Übersicht, leichte Zugänglichkeit und Möglichkeit der schallsicheren
Unterbringung der Nutzstromschalter.
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Schließlich ist es für den Einbau der Nutzstromschalter zu mehreren
in Schaltkästen noch vorteilhaft, wenn die Anschlußleitungen auf der Nutz- und auf
der Schwachstromseite des Schalters nach ihrer Verlegung gegen Berührung und Staub
abgedeckt und die einzelnen Stromkreise bezeichnet werden können. Zu diesem Zweck
ist der Schaltersockel an seinen beiden Schmalseiten je mit einer Aussparung 23
und 24. versehen, in welche mit einem entsprechenden Schenkel versehene Abdeckkappen
für die Anschlußleitungen eingesetzt werden können. Die in der Zeichnung dargestellte
Abdeckkappe a5 ist beiderseits offen, derart, daß bei mehreren nebeneinander, beispielsweise
in einem Schaltkasten, angeordneten Nutzstromschaltern ein Kanal entsteht, in welchem
die Anschlußleitungen vor Berührung und Staub geschützt geborgen sind. Zwecks übersichtlicher
Kennzeichnung der einzelnen von den Nutzstromschaltern betätigten Stromkreise kann
auf dem einen dem Beschauer zugekehrten Schenkel der Abdeckkappe ein durchsichtiges,
an beiden Seiten umgekantetes Fenster 26, beispielsweise aus Cellophan, zur Befestigung
und ,Abdeckung eines Bezeichnungsschildes, beispielsweise aus Karton, aufgeschoben
werden: Es ist natürlich ohne weiteres möglich, an Stelle des im Ausführungsbeispiel
bezeichneten einpoligen Nutzstromschalters weitere Ouecksilberschaltröhren für eine
Ausführung als mehrpoligen Schalter vorzusehen oder auch den Nutzstromschalter mit
Schaltröhren für ein- oder mehrpolige Umschaltung auszuführen oder den Schalter
mit Schaltröhren für noch andere Sonderzwecke auszurüsten.