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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Reststromvorrichtung, sowie
z. B. einen Reststrom-Schaltungsunterbrecher, mit verbesserten funktionalen Merkmalen.
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Im
Allgemeinen ist eine Reststromvorrichtung eine Vorrichtung, die
geeignet ist, den Stromfluss in einem elektrischen Schaltkreis direkt
oder indirekt zu unterbrechen, wenn ein Reststrom auftritt. Ein
typisches Beispiel einer Reststromvorrichtung wird gebildet durch
einen Reststrom-Schaltungsunterbrecher und im Folgenden wird insbesondere
Bezug genommen auf diese spezifische Ausführungsform, ohne hierbei zu
beabsichtigen, in irgendeiner Weise das Anwendungsgebiet der Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zu beschränken. Dokument
EP 0 548 731 offenbart eine
Vorrichtung gemäß der Präambel von
Anspruch 1.
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Es
ist bekannt, dass ein Reststrom-Schaltungsunterbrecher ein automatischer
Schaltungsunterbrecher für
Wechselstromschaltkreise ist, der öffnet, wenn die Vektorsumme
der Ströme
in den Leitern des Schaltkreises, welche unter normalen Bedingungen
Null ist, einen vorherbestimmten Wert überschreitet; das Hauptmerkmal
der Schaltungsunterbrecher ist, dass sie extrem kurze Schaltkreisöffnungs-
und Verschlusszeiten erreichen.
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Reststrom-Schaltungsunterbrecher
sollen im Allgemeinen metallische Teile, wie z. B. die Gehäuse von
elektrischen Hausgeräten
und die metallischen Massen des geschützten Bereichs, die mit einem Erdsystem
von hinreichendem Widerstand verbunden sind, davor schützen, aufgeladen
zu werden; hierdurch wird indirekter Schutz erreicht. Ferner, wenn
die Schaltungsunterbrecher hinreichend empfindlich und schnell-schaltend
sind, können
sie unter bestimmten Bedingungen auch Schutz gegen den Kontakt mit üblicherweise
geladenen Teilen bereitstellen, hierdurch direkten Schutz bereitstellend.
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Ein
Reststrom-Schaltungsunterbrecher wird schematisch in 1 gezeigt.
Der Schaltungsunterbrecher umfasst einen Sensor 1 zum Erfassen
des residualen Fehlerstroms, der im Allgemeinen durch einen magnetischen
Kern gebildet wird, in welchen der Nullleiter 2 und die
Phase 3 eingehen, wobei der Nullleiter und die Phase mit
einer Ladung (nicht gezeigt) verbunden sind, und durch eine Sekundärwicklung 4, über welche
eine Spannung erzeugt wird, wenn der Fehlerstrom nicht vorhanden
ist. Wenn ein Erdschlussstrom auftritt, wird die über die
Sekundärwicklung
erzeugte Spannung an einem Aktuator 6 bereitgestellt, mittels
einem geeigneten elektronischen Verbindungssystems 5, das
zwischen dem Sensor 1 und dem Aktuator 6 angebracht
ist. Umgekehrt betätigt
der Aktuator einen Auslöse- oder Abkopplungsmechanismus 7,
der die Kontakte 8 und 9 des Schaltkreises öffnet und
daher die Stromversorgung unterbricht.
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Einer
der Hauptnachteile von konventionellen Reststrom-Schaltungsunterbrechern
ist die Tatsache, dass die derzeit benutzten Aktuatoren vom elektromagnetischem
Typ sind, typischerweise elektromagnetische Relais vom Endmagnetisierungstyp. Diese
Relais sind in der Tat empfindlich für magnetische Felder und dies
kann erhebliche Nachteile verursachen: z. B. kann das Vorhandensein
eines magnetischen Feldes unerwünschte
und unbefugte Betätigung
des Aktuators verursachen oder ein externes magnetisches Feld kann
die Magnetisierung des elektromagnetischen Relais verändern, folglich
die Empfindlichkeit des Reststrom-Schaltkreisunterbrechers ändern und
seine Leistungsfähigkeit
negativ beeinflussen.
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Ein
weiterer Nachteil ist, dass elektromagnetische Aktuatoren eine mechanisch
komplizierte Struktur besitzen, die empfindlich für Stöße und Vibration
ist; dies kann unzeitige Unterbrechungen des Schaltkreisunterbrechers
verursachen und wirkt sich negativ auf die Gesamtzuverlässigkeit
aus. Die Kosten sind auch hoch.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Reststromvorrichtung
bereitzustellen, die gegenüber
externen Magnetfeldern unempfindlich ist, um unzeitige Unterbrechungen
zu vermeiden.
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Im
Rahmen dieses Ziels ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Reststromvorrichtung bereitzustellen, die einen Aktuator umfasst,
der eine vereinfachte Struktur besitzt und unempfindlich gegenüber Stößen und
Vibrationen ist, um die Leistungsfähigkeit und Gesamtzuverlässigkeit
des Schaltkreisunterbrechers zu verbessern.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Reststromvorrichtung
bereitzustellen, die hoch zuverlässig
ist, relativ einfach herzustellen und zu wettbewerbsfähigen Kosten.
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Dieses
Ziel dieser Aufgaben und andere, die im Folgenden deutlich werden,
werden erreicht durch eine Reststromvorrichtung, die einen Aktuator
umfasst, der wirkend mit kinematischen Mitteln verbunden ist, die
angepasst sind, elektrische Kontakte zu öffnen, in Folge einer Erfassung,
durch einen Sensor, eines Erdschlussstroms, wobei der Aktuator ein
bistabiles metallisches Element umfasst, welches wirkend mit den
kinematischen Mitteln verbunden ist, und an welches mindestens ein
piezoelektrisches Element gekoppelt ist, wobei das piezoelektrische Element
durch ein elektrisches Signal als Folge der Erfassung des Fehlerstroms
angelegt wird und eine Bewegung des metallischen Elements von einer
ersten stabilen Gleichgewichtsposition zu einer zweiten stabilen
Gleichgewichtsposition einleitet, wobei das bistabile metallische
Element die kinematischen Mittel durch die Bewegung betätigt; wobei
die Vorrichtung ferner Rücksetz-Mittel umfasst, die
angepasst sind, das bistabile metallische Element zu einer ersten
stabilen Gleichgewichtsposition zurückzubringen, bevor die Kontakte
wieder schließen.
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In
dieser Weise, indem ein piezoelektrischer Aktuator benutzt wird,
wird die Vorrichtung gemäß der Erfindung
unempfindlich gegenüber
externen magnetischen Feldern und ist daher immun gegen unzeitige
und unerwünschte
Unterbrechungen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden deutlich
werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten
aber nicht exklusiven Ausführungsformen derselben,
die nur im Wege eines nicht beschränkenden Beispiels dargestellt
sind, in den beiliegenden Zeichnungen, wobei:
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1 ein
Blockdiagramm eines Reststrom-Schaltkreisunterbrechers ist;
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2 eine
schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Aktuators
ist, der in der Reststromvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
angewandt werden kann;
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3 eine
schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des Aktuators ist,
welche in der Reststromvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
angewandt werden kann;
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4 eine
schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform des Aktuators ist,
der in der Reststromvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
benutzt werden kann;
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5 eine
Ansicht eines Details des Aktuators aus 4 ist;
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6 eine
schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform des Aktuators ist,
der in der Reststromvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
benutzt werden kann;
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7 eine
schematische Ansicht einer fünften
Ausführungsform
des Aktuators ist, der in der Reststromvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung benutzt werden kann;
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8 eine
schematische Ansicht einer sechsten und bevorzugten Ausführungsform
des Aktuators ist, der wirkend mit Mitteln verbunden ist, welche
geeignet sind, den Aktuator zurückzusetzen;
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9 ist
eine Seitenansicht des Aktuators aus 8, in welchem
das bistabile metallische Element reduzierte Querschnitte hat;
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10 ist
eine ebene Ansicht des Aktuators aus 8, in welchem
das bistabile metallische Element dünnere Querschnitte besitzt,
die mittels Kerben produziert werden;
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11 ist
eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform
des Rückstell-Mittels
des Aktuators, der in der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt
wird; und
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12 ist
eine Ansicht einer dritten Ausführungsform
der Rückstell-Mittel
des Aktuators, der in der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt
wird.
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Bezug
nehmend auf 1, umfasst der Reststrom-Schaltkreisunterbrecher
einen Aktuator 6, welcher wirkend mit kinematischen Mitteln 7 verbunden
ist, zum Öffnen
der Kontakte 8 und 9 des Schaltkreisunterbrechers,
nach der Erfassung eines Erdschlussstroms durch einen Sensor 1.
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Vorteilhafterweise
umfasst in der Vorrichtung gemäß der Erfindung
der Aktuator 6 ein bistabiles metallisches Element, welches
wirkend verbunden ist mit dem kinematischen Mittel 7 und
mit welchem mindestens ein piezoelektrisches Element wirkend verbunden
ist. Wenn ein Erdschlussstrom auftritt, wird die über die
Sekundärwindung 4 des
Sensors 1 erzeugte Spannung an dem piezoelektrischen Element
bereitgestellt, entweder direkt oder vorzugsweise mittels eines
geeigneten elektronischen Kopplungssystems, das zwischen dem Sensor 1 und
dem Aktuator 6 angeordnet ist. Das elektrisch aktivierte
piezoelektrische Element unterliegt einer Verformung, was zu einer
Bewegung des bistabilen metallischen Elements von einer ersten stabilen
Gleichgewichtsposition zu einer zweiten stabilen Gleichgewichtsposition
führt.
Im Wege dieser Bewegung überträgt das bistabile
metallische Element eine Bewegung zu den kinematischen Mitteln 7,
welche die Kontakte öffnen und
die Energiezufuhr unterbrechen.
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In
einer ersten Ausführungsform,
in 2 gezeigt, umfasst der Aktuator 6 ein
bistabiles Element, welches durch eine Metallzunge 11 gebildet wird,
in welcher ein erstes Ende mit dem tragenden Körper 20 verbunden
ist, z. B. dem Gehäuse
des Schaltkreisunterbrechers; geeignete Kompressionsmittel wirken
auf ein zweites Ende der Zunge 11, welche gegenüber und
wesentlich parallel zu dem ersten Ende ist, um die Zunge in einer
ersten stabilen Gleichgewichtsposition geladen zu halten. Die Kompressionsmittel
umfassen, z. B., ein Widerlagerelement 13, welches an dem
zweiten Ende der Zunge befestigt ist und eine Ladefeder 12,
welche zwischen dem unterstützenden
Element 20 und dem Widerlager 13 angebracht ist.
Vorteilhafterweise wird mindestens ein piezoelektrisches Element 10 in
Kontakt mit dem Widerlagerelement 13 angeordnet; in einer bevorzugten
Ausführungsform
ist das piezoelektrische Element 10 ein bimorphes Element,
d. h., es wird durch zwei gegenseitig parallele Schichten von piezoelektrischem
Material gebildet. In dieser Weise, wenn eine elektrische Belastung
angewandt wird, verformt sich eine piezoelektrische Elementschicht durch
Zusammenziehen, während
die andere sich durch Verlängerung
verformt. Wie in 2 gezeigt, wird ein Element 30,
welches als Elektrode wirkt, zwischen den zwei piezoelektrischen
Schichten angebracht.
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Im
Fall eines Erdschlusses wird das piezoelektrische Element 10 mit
der Spannung versorgt, die über
die Sekundärwindung 4 des
aktuellen Sensors 1 erzeugt wird, entweder direkt oder
vorzugsweise mittels des elektronischen Kopplungssystems 5.
Die elektrische Stromzufuhr führt
zu einer Verformung in den beiden Schichten, die das piezoelektrische
Element 10 bilden; dies erlaubt es, die Ladekraft zu reduzieren,
welche das metallische Element 11 unterhalb seiner kritischen
Schwelle hält,
d. h., die Schwelle, jenseits derer das metallische Element von
einer ersten stabilen Gleichgewichtskonfiguration, welche in ununterbrochenen
Linien gezeigt wird, zu einer zweiten stabilen Gleichgewichtsposition,
die in gestrichelten Linien gezeigt wird.
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Die
Bewegung von der ersten Position zu der zweiten Position betätigt ein
Betätigungselement 14, z.
B. einen Stift, welcher die kinematischen Mittel 7 zum Öffnen der
Kontakte des von der Reststromvorrichtung geschützten Schaltkreises betätigen soll.
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Wie
in 3 gezeigt, ist in einer zweiten Ausführungsform
des Aktuators, der in der Vorrichtung gemäß der Erfindung benutzt wird,
die bistabile Metallzunge, nun mit dem Bezugszeichen 111 bezeichnet,
im Wesentlichen M-förmig.
Insbesondere hat die Zunge 111 zwei Endabschnitte, die
im Wesentlichen gerade und wechselseitig parallel sind und an einem
unterstützenden
Element 120 befestigt sind, und einen bogenförmigen zentralen
Abschnitt, welcher bei Benutzung die Konfiguration der Zunge 11 aus 1 reproduziert.
Auf diese Weise ist die Zunge 111 in einer ersten stabilen
Gleichgewichtsposition angeordnet und macht es überflüssig, eine Feder 12 und
ein Widerlagerelement 13 zu benutzen. Der bogenförmige zentrale
Abschnitt hat, auf einer seiner Seiten, zwei gegenseitig piezoelektrische
Elemente 100, wobei jedes Element durch eine oder mehrere
Schichten von piezoelektrischem Material gebildet wird. In diesem
Fall, als Konsequenz der Zufuhr der Spannung auf Grund des Fehlerstroms,
unterliegen die piezoelektrischen Elemente 100 einer Verformung,
was ein Biegungsmoment zu der Metallzunge 111 überträgt, welche
von der anfänglichen stabilen
Gleichgewichtskonfiguration in die zweite stabile Gleichgewichtsposition
schnappt, die in gestrichelten Linien gezeigt ist, und ein Betätigungselement 14 betätigt.
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Auch
ist in diesem Fall möglich,
die Schichten des piezoelektrischen Materials in einer wechselseitig
bimorphen Konfiguration anzuordnen.
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4 ist
eine Ansicht einer dritten Ausführungsform
des Aktuators 6, in welchem die Zunge, die aus metallischem
Material gemacht ist, nunmehr mit dem Bezugszeichen 211 bezeichnet,
in einer ersten stabilen Gleichgewichtsposition gehalten wird, mittels
einer Kompressionsfeder 212, die zwischen zwei L-förmigen Elementen eines externen
Trägerkörpers 220 angebracht
ist.
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Die
piezoelektrischen Elemente werden gebildet, in diesem Fall, durch
zwei Paare von Schichten von piezoelektrischem Material, bezeichnet
durch die Bezugszeichen 200a und 200b jeweils,
die einander zugewandt sind und die Zunge 211 zwischen
sich angebracht haben, wie im Detail in 5 gezeigt.
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6 stellt
eine vierte Ausführungsform
des Aktuators 6 dar, der von der Ausführungsform in 4 dadurch
sich unterscheidet, dass auf der aus metallischem Material gemachten
Zunge, hier mit dem Bezugszeichen 311 bezeichnet, auf der
gleichen Seite der Zunge ein erstes piezoelektrisches Element und
ein zweites piezoelektrisches Element sich befindet, beide mit dem
Bezugszeichen 300 bezeichnet, welche im Abstand zueinander
auf der Oberfläche
der Zunge angeordnet sind.
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7 ist
eine Ansicht einer fünften
Ausführungsform
des Aktuators 6, welche von der Ausführungsform, die in 3 gezeigt
ist, dadurch sich unterscheidet, dass sie zwei piezoelektrische
Elemente 400 aufweist, die auf im Wesentlichen geraden
Abschnitten der M-förmigen
Zungen 411 angeordnet sind.
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8 stellt
eine sechste, besonders bevorzugte Ausführungsform des Aktuators 6 dar,
der in der Reststromvorrichtung gemäß der Erfindung benutzt wird.
In diesem Fall hat die Zunge 511 zwei im Wesentlichen parallele
Enden, die befestigt sind, vorzugsweise durch eine ineinander greifende
Kopplung, an ein unterstützendes
Element 520, z. B. das Gehäuse des Schaltkreisunterbrechers;
zwei piezoelektrische Elemente 500 werden an den zwei gegenüberliegenden
Seiten eines der parallelen Enden befestigt, in einer wechselseitig
bimorphen Konfiguration angeordnet und werden auch mindestens teilweise
an dem Träger
befestigt. In dieser Weise wird die Zunge in einer ersten stabilen
Gleichgewichtsposition gehalten, die in ununterbrochenen Linien
in 8 gezeigt wird; wenn ein Erdschlusszustand auftritt, werden
die piezoelektrischen Elemente 500 durch eine Versorgungsspannung
angeregt, wie zuvor beschrieben, und in dem sie der Ver formung unterliegen,
erzeugen sie ein Biegemoment, was zu der Bewegung der Zunge von
der ersten stabilen Gleichgewichtsposition zu der zweiten stabilen
Gleichgewichtsposition führt,
gezeigt in gestrichelten Linien in 8. Indem
mindestens teilweise die piezoelektrischen Elemente auch an der
Unterstützung
befestigt werden, tritt in der Praxis eine starre wechselseitige Kopplung
der piezoelektrischen Elemente und der Zunge auf, in welcher die
piezoelektrischen Elemente sich wie ein Drehpunkt verlaufen und
eine optimale Übertragung
des Biegemoments nur zu dem nützlichen
Teil der freien Zunge erlauben.
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Die
Zunge, indem sie sich von der ersten Gleichgewichtsposition zu der
zweiten Gleichgewichtsposition bewegt, betätigt ein Betätigungselement 14,
z. B. einen Stift, der das kinematische Mittel 7 zum Öffnen der
Kontakte des Schaltkreises betätigen
soll, der durch die Reststromvorrichtung geschützt wird.
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Vorteilhafterweise
umfasst, wie in 9 und 10 gezeigt,
die Zunge 511 eine oder mehrere funktionale Gelenke 530 in
seiner Struktur, welche mittels einer lokalen Reduktion in ihrem
Querschnitt erhalten werden. Insbesondere können die Gelenke bereitgestellt
werden, entweder mittels von Kerben mit einer geeigneten Form, die
durch das Entfernen von Material, wie in 10 gezeigt,
erhalten werden, oder durch Reduzieren der Dicke der Zunge, z. B. durch
Lamination oder elektroerosive Bearbeitung, wie in 9 gezeigt.
Die Gelenke 530 können
nahe des Abschnitts der Zunge ausgebildet werden, der mit den piezoelektrischen
Elementen 500 gekoppelt ist, nahe dem gegenüberliegenden
Ende der Zunge 511, welche starr an den Träger gekoppelt
ist, oder in beiden der genannten Abschnitte, und haben eine duale
Funktion: nahe dem Ende der Zunge, das nicht mit den piezoelektrischen
Elementen 500 verbunden ist, erleichtern sie die optimale
Bewegung der Zunge von der ersten Gleichgewichtsposition zu der
zweiten; nahe den piezoelektrischen Elementen, erlauben sie stattdessen,
die Zungen in den beiden gewählten
Gleichgewichtspositionen zu stabilisieren. Ferner erlaubt die gleichzeitige
Anwesenheit von Gelenkteilen in beiden Abschnitten ihr wechselseitiges Zusammenwirken
in der Ausführung
der oben beschriebenen Funktion.
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Natürlich können die
Gelenkteile sowie die Befestigung der Zunge und der piezoelektrischen Elemente
in allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen benutzt werden.
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Ein
weiterer vorteilhafter Aspekt der Erfindung ist die Tatsache, dass
die zwei Enden der Zunge an dem Träger 520 in zwei Positionen
befestigt sind, welche wechselseitig abgestuft sind, im Hinblick auf
eine Mittelebene 550 auf der Zunge in der nicht-verformten
Konfiguration. Diese Lösung
erlaubt, den Energiebetrag zu minimieren, der erforderlich ist,
dass die Zunge von der ersten Gleichgewichtsposition in die zweite
Gleichgewichtsposition schnappt und erlaubt in einer optimalen Weise
die begrenzte Energie, die von dem Fehler erhalten werden kann,
zu benutzen.
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Auch
betätigt
in diesem Fall die Bewegung der metallischen Zunge 511 einen
Stift 14 zum Übertragen
von Bewegung und Kraft zu dem kinematischen Mittel 7 zum Öffnen der
Kontakte. Vorteilhafterweise umfasst die Reststromvorrichtung gemäß der Erfindung
Rücksetz-Mittel,
die es erlauben, den Aktuator zurückzusetzen, und daher die Vorrichtung für eine neue
Unterbrechung vorzubereiten, bevor die Kontakte erneut geschlossen
werden.
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Die
Rücksetz-Mittel
können
erhalten werden durch Benutzung des Stifts 14, mit dem
ein geformter Kopf 15 verbunden ist, wobei der Kopf eine
Form hat, die geeignet ist, um das korrekte Zurücksetzen des Aktuators auszuführen. In
diesem Fall kann das Zurücksetzen
direkt nach Betätigung
erreicht werden, nach dem Rücksprung
des Stifts, unterstützt
durch eine Rückholfeder 16,
die z. B. durch einen Hebel zum Wiederherstellen elektrischer Kontinuität gesteuert
wird, sowie z. B. den Hebel zum Wiederverschließen des Schaltkreisunterbrechers.
Wenn der Schaltkreisunterbrecher öffnet, löst der Hebel die Feder 16 aus,
welche ihre Energie an den Stift 14 entweder direkt oder
mittels der Zwischenschaltung eines Transmissionsmechanismus, der
geeignet für diesen
Zweck ist, übermittelt.
Als Folge der Bewegung des Stifts 14 koppelt die Form des
Kopfes 15 geometrisch an die Oberfläche der Zunge und bewirkt dessen
präzise
Bewegung in die erste stabile Gleichgewichtsposition. In dieser
Position ist der Aktuator bereit für eine neue Unterbrechung.
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Wie
schematisch in 11 gezeigt hat in einer alternativen
Ausführungsform
das Rücksetz-Mittel
für den
Aktuator der Stift 14 nur den Zweck der Übertragung
von Bewegung und Kraft zu dem kinematischen System zum Öffnen der
Kontakte; in diesem Fall wird die Rücksetz-Funktion durch eine
Nocke 521 ausgeführt,
welche in dem Träger 520 des Aktuators
sich dreht. In der Praxis wird, indem die Vorrichtung zurückgesetzt
wird, durch Betätigung
z. B. des Hebels zum Schließen
der Hauptkontakte des Schaltkreisunterbrechers, die Drehbewegung
des Hebels an die Nocke 521 übermittelt, z. B. mittels zweier
nicht gezeigter Scheiben, eine Scheibe angebracht auf der Achse
des Schließhebels,
die andere Scheibe angebracht auf der Drehachse der Nocke. Die Nocke 521,
indem sie um ihre eigene Achse in der Richtung, die durch den Pfeil 522 angezeigt
wird, sich dreht, berührt
die Zunge 511, zwingt den Endabschnitt der piezoelektrischen
Elemente 500 sich nach unten zu biegen; wobei die Biegung
genügt,
um den Wert zu überschreiten,
der erforderlich ist, um den Betriebszustand zur Auslösung wiederherzustellen.
Zur gleichen Zeit bewegt sich der Kopf der Nocke entlang der Zunge,
was das Wiederladen mittels der tangentialen Komponente der hierdurch
angewandten Schubkraft ermöglicht,
ohne den Querschnitt der piezoelektrischen Elemente übermäßig zu belasten und
daher ein mögliches
Brechen zu verhindern. Das Schnappen der Zunge wird daher erreicht,
während die
Nocke noch gegen diese drückt,
wobei der Endabschnitt der piezoelektrischen Elemente jenseits der
Biegung gehalten wird, die für
ein korrektes Zurücksetzen
erforderlich ist. Sobald das Schnappen zum Zurücksetzen der Zunge aufgetreten
ist, bewegt sich die Nocke von dem Kontakt mit der Zunge weg, wobei
den piezoelektrischen Elementen erlaubt wird, zu dem Betriebszustand
für ein
Unterbrechen zurückzukehren.
Am Ende der Rücksetz-Operation
hat sich die Nocke um 360° gedreht,
um für
ein weiteres Rücksetzen
der Zunge bereit zu sein, und um in einer Position zu sein, welches nicht
ein folgendes Schnappen des Aktuators behindert. Diese Rotation kann
erreicht werden, durch korrekte Auswahl der Dimensionen des Mechanismus
zur Übertragung
von Bewegung von dem Schließhebel
des Schaltkreisunterbrechers zu der Nocke.
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Diese
Lösung
gewährleistet
exakte Wiederholbarkeit der Wiederaufladung über die Zeit; ferner ist es
mittels einer angemessenen Form des Nockenkopfs möglich, optimale
Werte der Kraftkomponenten, die durch die Nocke auf die Zunge wirken,
zu erreichen, wobei Stöße auf die
piezoelektrischen Elemente vermieden werden, welche den Aktuator
beschädigen
könnten
und seine Betriebsdauer verkürzen.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Rücksetz-Mittel
wird in 12 gezeigt. In diesem Fall bewegt
sich während
der Öffnung
der Hauptkontakte ein Stift 14 in einer Spur 701,
welche in der tragenden Struktur 520 gebildet wird und überträgt Bewegungen
an die kinematischen Mittel 7 zum Öffnen der Kontakte; zur gleichen
Zeit bewegen sich geeignete Führungselemente 702,
die mit dem Stift verbunden sind, hinter einer ersten unidirektionalen
Feder 710, welche den Stift am Zurückfallen entlang dem gleichen
Abschnitt der Spur 701 hindern.
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Durch
Einwirkung auf den Schließhebel
der Hauptkontakte wird die Bewegung des Hebels mittels eines geeigneten
kinematischen Systems an die Führungselemente 702 übermittelt,
welche entlang einer Spur 703 gleiten, bis der Stift in
einem Abschnitt platziert ist, welcher nahe den piezoelektrischen
Elementen ist. In dieser Position beginnt der Kopf des Stifts gegen
die Zunge zu drücken;
indem der Rotation des Hebels gefolgt wird, bewegt sich der Stift
in der Spur 703 und sein Kopf gleitet gleichzeitig entlang
der Zunge. Eine Position wird daher erreicht, in welcher die Konfiguration
nicht stabil ist und die Zunge schnappt, wobei sie zu der anfänglichen
stabilen Gleichgewichtsposition zurückkehrt. Wenn das Rücksetzen
ausgeführt
wurde, fährt
der Stift fort entlang der Spur 703 zu gleiten und verliert
Kontakt mit der Zunge, wobei jede Behinderung während des folgen den Schnappens
derselben vermieden wird. Am Ende der Bewegung nimmt der Stift die
Betriebsposition zur Auslösung
ein, während
die Führungselemente 702 hinter
einer zweiten unidirektionalen Feder 711 sich bewegen,
so dass sie nicht entlang der Spur 703 während der
Auslösung
zurückkehren
können.
Die Form der Spuren kann offensichtlich unterschiedlich gemäß spezifischer
Anforderungen konfiguriert werden.
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Die
Rücksetz-Mittel
zum Zurücksetzen
des Aktuators können
in einer äquivalenten
Weise in allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen benutzt werden.
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In
der Praxis wurde beobachtet, dass die Vorrichtung gemäß der Erfindung
die angestrebten Ziele und Aufgaben zur Gänze erreicht, da sie einen Aktuator
besitzt, der vollkommen unempfindlich gegenüber externen magnetischen Feldern
ist, was es erlaubt, unzeitige Störungen zu vermeiden; ferner
ist seine Struktur konstruktiv einfach und erlaubt es, die gesamte
Zuverlässigkeit
der Vorrichtung erheblich zu erhöhen,
was insbesondere erlaubt, eine hohe Wiederholbarkeit der Öffnungs-Unterbrechungen
zu haben und ein korrektes und präzises Zurücksetzen der Vorrichtung. Ferner
kann die Vorrichtung durch einen Reststrom-Schaltkreisunterbrecher
gebildet sein, wie zuvor beschrieben, oder durch einen Reststrom-Block, d. h. einen
Block, der im Allgemeinen an einen thermomagnetischen Schaltkreisunterbrecher gekoppelt
ist.
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Aufmerksamkeit
sollte auch auf die Tatsache gerichtet werden, dass alle innovativen
Funktionen und die erfinderischen Aspekte der Vorrichtung erreicht
werden können,
indem allgemein kommerziell verfügbare
Elemente und Materialien mit extremen niedrigen Kosten benutzt werden.
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Die
so entworfene Vorrichtung ist zahlreichen Modifikationen und Variationen
zugänglich,
welche alle innerhalb des Geltungsbereichs des erfinderischen Konzepts
sind; alle Details können
durch andere technische äquivalente
Elemente, wie in den Ansprüchen
definiert, ersetzt werden.
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In
der Praxis können
die verwendeten Materialien, solange sie mit der spezifischen Benutzung kompatibel
sind, ebenso wie mit den Dimensionen, gemäß der Anforderung und dem Stand
der Technik beliebig sein.