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Elektromagnetischer Auslöser für Selbstschalter, insbesondere für
Berührungs-Schutzschalter Zur Betätigung automatischer Schalter, die gegen gefährliche
Berührungsspannungen schützen, z. B. Fehlerstrom-Schutzschalter, die nach dem Summenstromprinzip
arbeiten, sind elektromagnetische Auslöser erforderlich, die mit sehr geringer Steuerenergie
exakt auslösen müssen. Die Steuerenergie ergibt sich daraus, daß der Fehlerstrom
durch einen Ringkernwandler eliminiert wird, der sämtliche stromführenden Leiter
umfaßt. Diese Leiter führen den Nennstrom des Verbrauchers, so daß es sich wegen
der großen Leiterquerschnitte empfiehlt, mit einem einzigen Jochdurchgang auszukommen,
um noch praktisch brauchbare Abmessungen des Wandlers zu erhalten. Bei einem solchen
Wandler ist es von Wichtigkeit, daß die Durchgangsöffnung möglichst klein ist, damit
die Eisenlänge in Richtung des magnetischen Feldes klein bleibt und damit Verluste
der Magnetisierung durch die geometrische Stromdifferenz, die dem Fehlerstrom entspricht,
vermieden werden. Aber selbst bei der Anwendung von ferromagnetischen Legierungen
mit höchsterreichbarer Anfangspermeabilität sind die Leistungen, die man einem Wandler
von brauchbaren Ab-
messungen entnehmen kann, immer noch viel zu gering, um
elektromagnetische Auslöser üblicher Bauart damit betätigen zu können, sie liegen
etwa ein bis zwei Größenordnungen darunter.
Es ist bekanntgeworden,
in solchen Fällen durch Zwischenschalten eines hochempfindlichen Relais die Auslöseempfindlichkeit
des Schalters zu steigern. Dieses Prinzip kann-bei-.einphasigen Anlagen ohne weiteres
angewandt werden, bei mehrphasigen Anlagen führt eine Unterbrechung des Phasenleiters,
von dem das Relais gespeist wird, zum Versagen des Gerätes. Zwar kann man diese
Spannungsabhängigkeit durch Umschaltkontakte, die die Relaiswicklung nacheinander
an die verschiedenen Phasenleiter legen, beseitigen, nimmt aber damit in Kauf, daß
die mechanisch und elektrisch umständliche Umschaltung eine Quelle von Störmöglichkeiten
darstellt.
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Es sind noch verschiedene andere Vorschläge bekanntgeworden, bei denen
ein Anker entweder durch einen permanenten Magneten oder durch ein bei einer vorhergehenden
Magnetisierung eines Elektromagneten verbleibendes remanentes Feld festgehalten
wird. Durch den Fehlerstrom wird das Feld so weit geschwächt, daß der unter Federdruck
stehende Anker abfällt und den Schalter auslöst. Diesem Verfahren haftet der Mangel
an, daß selbst bei sorgfältigster Ausführung der Polflächen die Haltekraft des Magneten
starken Schwankungen ausgesetzt ist und daher keine genauen Auslösewerte zu erzielen
sind.
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Gegenstand dieser Erfindung ist ein elektromagnetischer Auslöser,
der die obengenannten Nachteile vermeidet, indem er bei sehr kleiner Auslöseenergie
starke mechanische Kräfte freigibt und sich daher besonders zum direkten Auslösen
von Fehlerstrom,-Schutzschaltern nachdem Summenstromprinzip eignet, ohne auf dieses
Anwendungsgebiet beschränkt zu sein. Ein mit der Auslösefeder belasteter Hauptanker
wird von einem permanenten Magneten festgehalten. Erfindungsgemäß schließt ein zweiter
Anker, der von dem Steuerstrom beein flußt wird, beim Überschreiten eines bestimmten,
einstellbaren Wertes des Steuerstromes einen magnetischen Nebenschluß zu dem Hauptanker,
so daß dessen Feld geschwächt und der Hauptanker freigegeben wird, wobei dieser
unmittelbar oder über ein passendes Gestänge einen Schalter betätigt. Der auslösende
Schalter- bringt den Hauptanker wieder zur Anlage und spannt dessen Feder, ebenso
bringt er den Nebenanker wieder in seine Ausgangsstellung. Zweckmäßig und im Sinne
dieser Erfindung wird der Nebenanker mit seiner Feder so bemessen, daß er mit der
Frequenz des Steuerstromes in mechanischer Resonanz arbeitet. Bei Verwendung des
erfindungsgemäßen elektromagnetischen Auslösers für einen Berührungs-Schutzschalter
wird dieser Steuerstrom durch den- Fehlerstrom dargestellt.
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Eine besonders zweckmäßige Bauart stellt das in der Zeichnung dargestellte
Ausführungsbeispiel dar. Ein ringförmiger, radial magnetisierter, permanenter Magnet
i sitzt auf dem durchbohrten Kern 2 und wird von dem topfförmigen Mantel 3 umschlossen.
Auf dem Kern 2 sitzt ebenfalls innerhalb des Mantels 3 eine Spule q. mit den Enden
5, die auf den Spulenkörper aufgewickelt ist. Innerhalb des Kernes 2 ist ein Stift
7 axial verschiebbar gelagert. Der Stift 7 besitzt einen Bund 8 und einen Sprengring
9, zwischen denen der Hauptanker io ein geringes axiales Spiel hat. Letzterer wird
von einer Blattfeder i i gegen den Sprengring 9 gedrückt. Der Sprengring kann sich
bei einer axialen Verschiebung des Stiftes 7 'in einer ringförmigen Nut 1q. des
Kernes 2 bewegen.
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Der Hauptanker io hat an seinem Umfang einen ringförmigen Bund ioa,
auf dem die Druckfeder 1.2 zentriert und abgestützt ist. Das Widerlager des anderen
Federendes bildet der Ring 13, der mittels Gewindes auf dem Mantel 3 verstellbar
ist.
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Auf der dem Hauptanker io abgekehrten Seite hat der Mantel 3 eine
ringförmige Verengung 15, die den Kern 2 in einem gewissen Abstand konzentrisch
umgibt, wobei eine ringförmige Polfläche 3" entsteht. Dieser Polfläche 3a und der
in gleicher Ebene liegenden Polfläche 2" des Kernes 2 steht der scheibenförmige
Nebenanker 16 in geringem Abstand gegenüber, der frei schwebend zwischen den Druckfedern
17a, 17b angeordnet ist. Der Nebenanker 16 besitzt auf jeder Seite einen Bund 6a,
16b, der zur Aufnahme des einen Endes der Federn 17a, i7b dient.
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Am entgegengesetzten Ende arbeitet der scheibenförmige Hauptanker
io mit der Polfläche2b des Kernes :2 und der ringförmigen Polfläche 3b des Mantels
3 zusammen. Der Ring 13, in dem das ganze System gelagert ist, sitzt fest
in einem Gehäuse 18, das durch die Deckel i9 und 22 verschlossen.ist. Durch eine
Bohrung des Deckels i9 ragt das eine Ende 7b des Stiftes nach außen. Auf der Innenseite
des Deckels i9 erweitert sich die Bohrung 2o zu einer ringförmigen Nut 2i, die dazu
bestimmt ist, den Bund 8 bei einer axialen Verschiebung des Stiftes 7 aufzunehmen.
Der Deckel i9 ist durch ein Gewinde an dem Gehäuse 18 befestigt. Ebenso ist der
Deckel 22, der das Widerlager für die Federn 17" 17b bildet, in das Gehäuse 18 eingeschraubt,
wodurch eine feinfühlige Verstellung der Lage des Nebenankers 16 möglich ist.
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Unterhalb des Stiftendes 7b deuten Pfeile 23, 24 die Richtung einer
Verschiebung des Stiftes 7 an, während 25 einen von dem Stift zu betätigenden Schalter
darstellt.
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In der Zeichnung ist der elektromagnetischeAuslöser im Ruhezustand
dargestellt. Hierbei liegt der Hauptanker iö unter der Wirkung des permanenten Magneten
i an den Polflächen 2b, 3b an, während der Nebenanker 16 sich in einem gewissen
Abstand von den Polflächen 2a, 3" befindet, der von der Kraft der Federn 17a; 17b
und der Stärke des Nebenschlußfeldes abhängt.
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Wenn nun ein Steuerstrom (Fehlerstrom) durch die Spule q. fließt,
so wird der Nebenanker 16 angezogen, der sich an die Polflächen 2a, 3a legt und
einen magnetischen Nebenschluß für das permanente Magnetfeld bildet, so daß der
durch den Hauptanker xo fließende Hauptfluß geschwächt wird. Diese Feldschwächung
genügt, um den Hauptanker io unter Wirkung der Feder 1.2 zum
Abfallen
zu bringen, wobei der mit dem Hauptanker verbundene Stift 7 in Richtung des Pfeiles
23 bewegt wird und einer. symbolisch dargestellten Schalter 25 ausschaltet. Da dieses
Abfallen des Hauptankers io plötzlich und mit großer Kraft geschieht, so können
unmittelbar auch schwerste Schalter einwandfrei betätigt werden.
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Solche Schalter werden stets als verklinkte Schalter gebaut, so daß
nur ein geringer Hub zu ihrer Auslösung notwendig ist. Der restliche Weg des Schalthebels
wird dazu benutzt, um den elektromagnetischen Auslöser wieder in die Ausgangslage
zu bringen. Dies geschieht dadurch, daß der Schalter mittels eines in der Zeichnung
nicht dargestellten Hebels auf das Stiftende 7b drückt und dieses in Richtung des
Pfeiles 24 bewegt. Dabei wird der Hauptanker io mitgenommen und zur Anlage an die
Polflächen 2b, 3b gebracht. Bei dieser Bewegung drückt sich die Blattfeder i i etwas
durch, so daß das Stiftende 7, sich um einen geringen Betrag über die die
Polflächen 2a, 3" begrenzende Ebene erhebt und dabei den Nebenanker 16 von den Polflächen
2a, 3a abdrückt. Wird der Schalter wieder eingeschaltet, so federt die Blattfeder
i i zurück und nimmt das Stiftende 7a bis hinter die Polflächen 2a, 3a mit. Ein
weiteres Verschieben des Stiftes 7 wird durch den Sprengring 9 verhindert, der sich
an den Hauptanker io anlegt. Der elektromagnetische Auslöser ist damit wieder in
Betriebsstellung, da der Nebenanker 16 jederzeit der Wirkung eines Steuerstromes
folgen und den Hauptanker io auslösen kann.