DE835624C - Elektrischer Selbstschalter, insbesondere als Beruehrungsschutz - Google Patents

Elektrischer Selbstschalter, insbesondere als Beruehrungsschutz

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DE835624C
DE835624C DE1949P0056424 DEP0056424A DE835624C DE 835624 C DE835624 C DE 835624C DE 1949P0056424 DE1949P0056424 DE 1949P0056424 DE P0056424 A DEP0056424 A DE P0056424A DE 835624 C DE835624 C DE 835624C
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relay
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circuit breaker
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DE1949P0056424
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Wilhelm Engels
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Berker GmbH and Co KG
Albrecht Jung GmbH and Co KG
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Berker GmbH and Co KG
Albrecht Jung GmbH and Co KG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10Operating or release mechanisms
    • H01H71/12Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/32Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part

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  • Electromagnetism (AREA)
  • Breakers (AREA)

Description

  • Elektrischer Selbstschalter, insbesondere als Berührungsschutz Die Erfindung bezieht sich auf einen vornehmlich als Berührungsschutz dienenden elektrischen Selbstschalter mit Summenstromauslösung. Bei einem solchen Schalter wird der bei einem Fehlerstrom entstehende Differenzstrom in der Zu- und Ableitung bzw. in den Phasen des zu schützenden Stromkreises zur Auslösung des Ausschaltvorganges benutzt. An einen solchen Schalter werden insofern hohe Anforderungen gestellt, als er nicht nur in möglichst kurzer Zeit, sondern vor allem schon bei einem geringen Fehlerstrom bzw. bei einem kleinen Differenzstrom ansprechen soll. Die zur Auslösung zur Verfügung stehende Stromstärke ist besonders dann sehr klein, wenn die Auslösespule des Schalters mit der Sekundärwicklung eines im zu schützenden Stromkreis liegenden Summenstromwandlers verbunden ist, also durch den Sekundärstrom dieses Wandlers erregt wird. Die Schaffung eines Auslöserelais von der erforderlichen Ansprechstromstärke bereitet erhebliche Schwierigkeiten, zumal noch eine weitere schwerwiegende Bedingung zu erfüllen ist. Zur Erzielung eines störungsfreien Arbeitens und einer leichten Überwachung sowie im Hinblick auf das Niedrighalten der Anschaffungskosten, die eine möglichst allgemeine Einführung des Schutzschalters gestatten sollen, wird nämlich eine große Einfachheit in der Bauart sowohl des Schalters als auch seiner Auslöseeinrichtung verlangt.
  • Schalteinrichtungen, die eine hohe Ansprechempfindlichkeit durch Verwendung von Spannungsteilern und Gasentladungsstrecken herbeiführen, sind einerseits nicht genügend zuverlässig, anderseits kostspielig, so daß sie sich für eine allgemeine Einführung nicht eignen." Es sind schon zahlreiche Vorschläge gemacht worden, den Differenzstrom oder einen von ihm induzierteri Sekundärstrom unmittelbar zur Erregung eines Auslöserelais zu benutzen. Zur Erzielung der gewünschten Ansprechempfindlichkeit bedient man sich dabei eines Relais mit Dauermagnet. So hat man zwischen den beiden Polen eines hufeisenförmigen Dauermagneten einen Drehanker angeordnet, der zwei in der Zu- und Ableitung des zu schützenden Stromkreises liegende Differenzspulen trägt. Das Relais soll in der Weise wirken, daß der im normalen Betriebszustand unmagnetische Anker in einer Mittellage steht, jedoch ausschlägt, wenn er infolge Auftretens eines Differenzstromes in seinen Spulen magnetisiert wird. Durch den Ausschlag soll der Anker in den Wirkungsbereich des Dauermagneten kommen, der ihn nun mit größerer Kraft drehen und dadurch den Schalter auslösen soll. Die gleiche Wirkung wird einem Relais zugeschrieben, bei dem zwischen die Pole eines hufeisenförmigen Dauermagneten eine drehbar gelagerte Zunge eingreift, die von zwei Differenzspulen umgeben ist. Eine Abänderung dieses Relais besteht darin, daß die Zunge von einer zwischen den Magnetschenkeln drehbar gelagerten eisenfreien Spule getragen wird, die mit der Sekundärwicklung eines Summenstromwandlers verbunden ist. Bei Erregung durch den vom Differenzstrom induzierten Sekundärstrom nähert die Spule durch ihre Drehung die gewöhnlich in einer Mittellage stehende Zunge einem Pol des Dauermagneten, so daß sie von diesem kräftig angezogen werden kann. In jedem .Falle soll die vom Dauermagneten bewirkte Drehung «des Ankers bzw. der Zunge zur mechanischen Auslösung eines Schalters benutzt werden. Alle diese Vorschläge haben nicht zum Erfolg geführt. .
  • Ein anderer bekanntgewordener Vorschlag besteht in der Anwendung eines. polarisierten Relais mit Klebanker. Ein Dauermagnet trägt entweder eine im zu schützenden Stromkreis liegende Differenzwicklung oder eine mit der Sekundärwicklung eines Summenstromwandlers verbundene Auslösespule. Der magnetische Kraftfluß ist gewöhnlich durch den Anker des Relais geschlossen, der durch die Kraft des Dauermagneten entgegen einer auf Abziehen wirkenden Feder am zugehörigen Pol anliegend gehalten wird. Die Wirkung dieses Relais beruht darauf, daß sein Magnetfeld beim Auftreten eines Differenzstromes während einer Halbperiode geschwächt wird mit der Folge, daß der Magnet den Anker losläßt. Der unter dem Einfluß der ihn belastenden Feder ausschwingende Anker löst dann den Schalter aus. Mit dieser Einrichtung wurde insofern ein voller Erfolg erzielt, als es dabei gelungen ist, den Differenzstrom oder einen von ihm induzierten Sekundärstrom unmittelbar zur Auslösung des Schalters zu benutzen und dabei die erwünschte hohe Ansprechempfindlichkeit zu , erzielen, während zugleich die Bedingung der baulichen Einfachheit erfüllt ist.
  • Der bekannten Einrichtung haftet jedoch noch ein Mangel an, der darin liegt, daß das Kleben des Ankers nicht mit ausreichender Sicherheit gewährleistet ist. Das Kleben des Ankers erfordert nämlich das Vorhandensein vollkommen glatter und sauberer Anlageflächen. Befinden sich zwischen Magnetpol und Anker kleine Fremdkörper, wie z. B. Staubkörnchen oder feine Eisenspänchen, oder weist die Polfläche des Magneten kleine Unregelmäßigkeiten, etwa leichte Eindrücke auf, dann ist das Festhalten des Ankers in Frage gestellt. Insbesondere kann es beim Wiedereinschalten nach stattgefundenem Ansprechen vorkommen, daß der zuvor angelegte Anker infolge Erschütterung abfällt, weil er wegen Anwesenheit von kleinen Fremdkörpern nicht fest genug klebt. Ferner ist es nicht ganz einfach, das Relais nach dem Ansprechen wieder betriebsbereit zu machen. Das Anlegen des Ankers an den Magnetpol muß mit einem sanften Druck geschehen, wenn er sicher kleben bleiben soll. Bei einem harten Anlegen prallt der Anker wieder zurück, so daß das Schaltschloß ausgerückt bleibt und demzufolge der Schalter nicht eingelegt werden kann.
  • Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Mängel zu beseitigen und einen insbesondere dem Berührungsschutz dienenden Selbstschalter mit Summenstromauslösung zu schaffen, der ähnlich dem bekannten Schalter mit aus einem polarisierten Relais mit Klebanker bestehenden Auslöser eine hohe Ansprechempfindlichkeit hat, dabei aber frei von Störungen und dementsprechend zuverlässig ist. Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß das bekannte polarisierte Relais mit Klebanker in ein solches mit Zuganker umgewandelt wird. Nach der Erfindung ist der an dem einen Pol des eine ortsfeste Auslösewicklung tragenden Eisenkerns eines polarisierten Relais schwenkbar be-'festigte Anker vom anderen Pol des Eisenkerns etwas enttfernt festgehalten, und er wird beim Auftreten eines Summenstromes infolge einer dann stattfindenden Verstärkung des magnetischen Kraftfeldes des Eisenkerns angezogen. Wie ersichtlich, wird hierbei im Vergleich zum Relais mit Klebanker von der entgegengesetzten Wirkung des Summenstromes Gebrauch gemacht. Während beim bisher bekannten Relais die während einer Halbperiode eintretende Schwächung des Magnetfeldes durch den Summenstrom dazu benutzt wurde, den Klebanker loszulassen, wird beim Relais nach der Erfindung die Tatsache ausgenutzt, daß der Summenstrom oder ein davon induzierter Sekundärstrom während einer anderen Halbperiode eine Verstärkung des magnetischen Kraftfeldes des Relais herbeiführt. Es ergab sich die überraschende und durch praktische Versuche bestätigte Tatsache, daß diese Verstärkung ; genügt, um einen Anker, der gewöhnlich so weit vom Gegenpol des polarisierten Relais entfernt gehalten ist, daß er durch die dauernd wirksame Magnetkraft nicht angezogen werden kann, anzuziehen und ferner, daß dabei eine zum mechanischen Ausrücken eines Schaltschlosses hinreichende Auslösekraft erzielt werden kann. Die Erfindung bietet demnach die Möglichkeit, einen insbesondere als Berührungsschutz geeigneten Selbstschalter mit Summenstromauslöser zu bauen, der alle an einen solchen Schalter gestellten Bedingungen erfüllt, indem er die erforderliche hohe Ansprechempfindlichkeit hat, eine einfache Bauart aufweist und endlich zuverlässig ist. Dieser letztere Vorteil beruht darauf, daß die beim polarisierten Relais mit Klebanker vorhandene Quelle für Störungen beseitigt ist. Der in seiner Ruhestellung vom Gegenpol entfernt gehaltene Anker des erfindungsgemäßen Relais bleibt im Gegensatz zum Klebanker mit Sicherheit in seiner Ruhestellung, solange die elektrische Anlage in Ordnung ist und kein Fehlerstrom auftritt. Nur bei einem Fehlerstrom bzw. bei einem dadurch hervorgerufenen Differenzstrom in den Wicklungen des Auslösers bzw. des ihm zugeordneten Summenstromwandlers entfernt der Anker sich aus seiner Ruhestellung, indem er infolge einer Verstärkung des magnetischen Kraftflusses des Relais angezogen wird, wobei er den Schalter auslöst. Im Vergleich zum polarisierten Relais mit Klebanker besteht weiterhin noch der Vorteil, daß der Anker nach dem Ansprechen des Schalters, d. h. nach dem Abschalten der geschützten Anlage sogleich wieder abfällt, also selbsttätig in die Ruhestellung zurückkehrt. Der Schalter kann also, sobald der Fehler, der zum Ansprechen führte, in der Anlage beseitigt oder das fehlerhafte Gerät vom Stromkreis getrermt worden ist, sogleich wieder eingeschaltet werden. Die bei dem bekannten Relais mit Klebanker bestehende Notwendigkeit, den Anker durch einen besonderen Vorgang in seine Ruhestellung zurückzuführen, ist also ebenso beseitigt wie die dabei bestehende Schwierigkeit, den Anker sicher zum Kleben zu bringen.
  • Bei der praktischen Anwendung der Erfindung könnte die Differenzwicklung unmittelbar auf dem Auslöser angebracht werden. Empfehlenswerter ist jedöch, auf dem Relais eine Auslösespule anzuordnen, die mit der Sekundärwicklung eines im zu schützenden Stromkreis liegenden Summenstromwandlers verbunden ist. Das Relais kann dann einerseits sehr kleine Abmessungen erhalten, die es ermöglichen, dasselbe unmittelbar im Schalter neben dem auszulösenden Schaltschloß einzubauen, ohne daß die Schalterabmessungen vergrößert werden. Anderseits ist das Relais ,gegen schädliche Beeinflussung durch etwa auftretende Kurzschlußströme geschützt, also kurzschlußfrei.
  • Die Polarisierung des Relais könnte durch eine Gleichstromerregung geschehen. Die Verwendung eines Dauermagneten ist jedoch wegen der größeren Einfachheit vorzuziehen. Der Dauermagnet wird am besten in einem Nebenschluß zum Kraftlinienfluß der Auslösewicklung angeordnet. Damit wird nicht nur die Kurzschlußfestigkeit des Relais erhöht, sondern vor allem auch erreicht, daß eine Schwächung des Dauermagneten auch nach langer Zeit nicht eintritt. (Das ist für das polarisierte Relais nach der Erfindung deshalb besonders wichtig, weil dessen Anker im Gegensatz zum Klebanker des bekannten polarisierten .Relais sich gewöhnlich in Offenstellung befindet.
  • Um sicherzustellen, daß der Anker nach seinem Anziehen nicht etwa kleben bleibt, sondern sogleich nach dem Ansprechen des Schalters in die Ausgangsstellung zurückkehrt, empfiehlt es sieh, einen Anschlag anzuordnen; der ein sattes Anliegen des Ankers am Magnetpol verhindert: Der Anschlag kann am einfachsten durch das zwischen den Anker und den Gegenpol des Relaiskerns eingreifende Ende eines Ausl¢sehebels des Schaltschlosses gebildet sein.
  • Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung teils in Draufsicht, teils in schematischer Darstellung.
  • Dem Beispiel ist ein vierpöliger Schutzschalter zugrunde gelegt. Dieser besitzt einen geradlinig -geführten Schaltschieber i, der durch ein Kniehebelschaltschloß 2 in seiner Einschaltstellung festgehalten wird. Der Kniehebel lagert an einer Metallplatte 3, die über der Decke eines den Schieber 2 enthaltenden Gehäuses angeordnet ist. Das Schaltschloß greift an einem durch einen Schlitz der Gehäusedecke hindurchgreifenden Zapfen 4 des Schiebers an. In der Zeichnung ist der nur schematisch angedeutete Schaltschieber i getrennt vom Schaltschloß liegend gezeigt. Neben dem Kniehebel 2 ist an der Metallplatte 3 ein Schlagarm 5 gelagert, der unter Wirkung einer beim Einlegen des Schalters gespannten Feder steht und in seiner Bereitschaftsstellung durch eine federbelastete Klinke 7 festgehalten wird, mit der ein Auslösehebel 8 zusammen wirkt. Wird die Klinke 7 durch den Hebel 8 ausgerückt, dann schlägt der Arm 5 gegen das Gelenk des Kniehebels 2, der sich dadurch aus seiner Totpunktstellung entfernt, worauf der Schaltschieber i durch eine bei seiner Einschaltbewegung gespannte Feder im Ausschaltsinne verschoben wird.
  • Neben dem Schaltschloß ist auf einer gemeinsamen Grundplatte g ein Auslöserelais angeordnet. Dieses besitzt einen im wesentlichen hufeisenförmigen Eisenkern, der von einem Z-förmig gebogenen Flacheisenstab io, 11, 12 und einem daran befestigten Bolzen 13 gebildet ist. Der bolzenförmige Teil des Eisenkerns trägt eine Auslösespule 14, deren Wicklung mit der Sekundärwicklung 15 eines im zu schützenden Stromkreis dienenden Sunvnenstromwandlers verbunden ist. Der Summenstromwandler ist in der Zeichnung nur schematisch dargestellt. Am Schenkel il des Flacheisens 10-z2 ist eine Blattfeder 17 befestigt; die an ihrem freien Ende einen kleinen Eisenanker 18 trägt;, der dem E,ide des Bolzens 13 gegenübersteht.; Der Anker 18 wird durch die Kraft der Blattfeder 17 gewöhnlich in einer vorn Bolzenende etwas entfernten Stellung gehalten; er soll bei Erregung der Spule 14 angezogen werden und dann den Auslösehebel 8 im Sinne des Ausrückens der Klinke 7 drehen. Zu dem Zwecke greift der Hebel 8 mit seinem der Klinke abgekehrten Arm hinter den Anker 18.
  • Am Mittelteil io des Z-förmigen Flacheisens ist ein Dauermagnet i9 befestigt, der mit seinen Polen an den Schenkeln 11, 12 des Flacheisens oder an benachbarten Teilen der Flacheisenschenkel fest anliegt. Durch den so im Nebenschluß zum Kraftlinienfluß der Relaisspule 1,¢ liegenden Dauermagnet wird der Eisenkern 1o-13 des Relais magnetisiert; so daß ein polarisiertes Relais gebildet ist. Der Anker 18 steht also ständig unter dem Einfluß des voni Dauermagneten i9 im Relais erzeugten magnetischen Kraftfeldes. Dieses ist jedoch gewöhnlich nicht stark genug, um ein Anziehen des Ankers herbeizuführen, so daß dieser bei normalem Zustand des zu schützenden Stromkreises in Ruhe bleibt. Tritt jedoch ein Fehlerstrom und demzufolge im Stromwandler 16 ein Differenzstrom auf, dann wird die Relaisspule 14 durch den vom Differenzstrom induzierten Sekundärstrom erregt.' Das hat zur Folge, daß während einer Halbperiode des induzierten Stromes eine Schwächung, in einer anderen Halbperiode dagegen eine Verstärkung des magnetischen Kraftfeldes des Relais stattfindet. Infolge dieser Verstärkung wird der Anker 18 angezogen, der dabei den Auslösehebel8 mitnimmt. Dadurch wird die Klinke 7 des Schlagarmes 3 ausgerückt, der nun seinerseits das Schaltschloß löst, so daß der Schalter geöffnet und der zu schützende Stromkreis abgeschaltet wird. Der Anker 18 fällt sogleich wieder ab, kehrt also selbsttätig in seine Ausgangsstellung zurück, so daß der Schalter zum erneuten Einlegen bereit ist. Ein Festkleben des angezogenen Ankers ist mit Sicherheit dadurch vermieden, daß der zwischen dem Anker 18 und Gegenpol 13 eingreifende Arm des Auslösehebels 8 einen Anschlag bildet, der eine dichte Anlage des Ankers am Gegenpol verhindert.
  • Natürlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf das dargestellte Beispiel; viehmehr sind Abänderungen desselben sowie andere Ausführungsformen und Anwendungen möglich. So könnte an Stelle eines Dauermagneten eine mit Gleichstrom gespeiste Erregerspule vorgesehen seid: Ferner könnten die Differenzwicklungen g®vvünsthtenfalls unmittelbar auf, dem Eisenkern des Xalais angeordnet sein. Die Anwendung eines Sunlüttomwandlers ist jedoch aus den in der Einleitung angegebenen Gründen vorziehen. Statt vierpolig könnte der Schalter auch drei- oder zweipolig ausgeführt sein. Wenngleich die im Beispiel gezeigte unmittelbare mechanische Einwirkung des Relaisankers auf ein Schaltschloß zur Eeiielung einer umverzögerten Auslösung des Schalters im allgemeinen vorzuziehen ist, könnte die Schalteinrichtung nach der Erfindung gewünschtenfalls auch so gewählt werden; daß der Anker des polarisierten Relais einen elektrischen Hilfsstromkreis steuert, durch dessen Schließen oder Öffnen der den geschützten Stromkreis vom Netz abtrennende Schalter ausgelöst wird.

Claims (6)

  1. PATE N T A N S P R U C H C i. Elektrischer Selbstschalter, insbesondere als Berührungsschutz, mit einem als polarisiertes Relais ausgebildeten Summenstromauslöser, dadurch gekennzeichnet, daß der an dem einen Pol (12) des eine ortsfeste Auslösewicklung (14) tragenden Eisenkerns (10-i3) des polarisierten Relais schwenkbar befestigte Anker (18) vom anderen Pol (13) des Eisenkerns etwas entfernt festgehalten ist und erst beim Auftreten eines Summenstromes durch die dann stattfindende Verstärkung des magnetischen Kraftfeldes angezogen wird.
  2. 2. Selbstschalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais eine Auslösewicklung (14) besitzt, die mit der Sekundärwicklung (1g) eines im zu schützenden Stromkreis liegenden Summenstromwandlers (16) verbunden ist.
  3. 3. Selbstschalter nach Anspruch i mit durch einen Dauermagneten polarisiertem Relais, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (1g) in einem ständig geschlossenen Nebenschluß zum Kraftlinienfluß der Auslösewicklung (14) angeordnet ist.
  4. 4. Selbstschalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Kleben des angezogenen Ankers (18) am Gegenpol (13) beim Ansprechen des Auslöserelais durch einen Anschlag verhindert wird. g.
  5. Selbstschalter nach Anspruch i und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kleben des angezogenen Ankers (18) durch das zwischen diesen und dem Gegenpol (13) eingreifende Ende eines Auslösehebels (8) des Schaltschlosses verhindert wird.
  6. 6. Selbstschalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (18) von einer Blattfeder getragen wird, die am einen Pol (12) des Eisenkerns befestigt ist und den Anker vom Gegenpol (13) etwas entfernt hält.
DE1949P0056424 1949-09-30 1949-09-30 Elektrischer Selbstschalter, insbesondere als Beruehrungsschutz Expired DE835624C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0002748A1 (de) * 1977-12-23 1979-07-11 CMC Carl Maier + Cie AG Magnetauslöser für Fehlerstromschutzschalter

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0002748A1 (de) * 1977-12-23 1979-07-11 CMC Carl Maier + Cie AG Magnetauslöser für Fehlerstromschutzschalter

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