DE670364C

DE670364C - Schutzschalter mit polarisiertem Relais

Info

Publication number: DE670364C
Application number: DEB176561D
Authority: DE
Original assignee: Berker GmbH and Co KG; Albrecht Jung GmbH and Co KG
Current assignee: Berker GmbH and Co KG; Albrecht Jung GmbH and Co KG
Priority date: 1936-12-09
Filing date: 1936-12-09
Publication date: 1939-01-17
Also published as: DE158377C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzvorrichtung zum Verhindern des Bestehenbleibens von Fehlerströmen, wie z. B. bei durch Leitungsberührung verursachten Erdschlüssen in elektrischen Anlagen. Bei derartigen Schutzvorrichtungen kommt es darauf an, daß sie eine sehr große Empfindlichkeit aufweisen, indem sie einerseits bei schon sehr geringen Strömen von etwa 10 mA. ansprechen und anderseits innerhalb einer so kurzen Zeit abschalten, daß Personen nicht zu Schaden kommen können. Zur Erfüllung dieser beiden Bedingungen ist schon eine Vorrichtung bekanntgeworden, bei welcher der als Differenzstrom in der Zu- oder Ableitung auftretende Fehlerstrom ein polarisiertes Relais beeinflußt, dessen im Ruhestand gegen den Zug einer Feder angezogene Anker infolge vorübergehender Schwächung des Magnetismus beim Auftreten eines Fehlerstromes vom Magneten losgelassen und unter der Wirkung der Feder abgezogen wird, wodurch dann eine Abschaltung des gefährdeten Stromkreises bewirkt wird. Dadurch wird erreicht, daß der Auslöseanker bei der geringsten Feldschwankung, also auch beim Auftreten eines nur sehr kleinen Fehlerstromes, abfällt und unter dem Einfluß der Feder stark beschleunigt in die Abschaltstellung übergeht.
Um nun aber die hohe, mit dieser Anordnung erzielbare Ansprechempfindlichkeit und Schaltgeschwindigkeit voll ausnutzen zu können, wäre es ferner erforderlich, daß die dem Magneten innewohnende Kraft derart konstant bliebe, daß die zufälligen Schwankungen wesentlich kleiner sind als die durch den Fehlerstrom hervorgerufene Schwächung des Magnetismus.

Die vorliegende Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß es für ein dauernd einwandfreies Arbeiten erforderlich ist, die durch den Einfluß der auftretenden Fehler ströme bei jedesmaliger Betätigung des Schalters geschwächte Magnetkraft stets wieder auf ihren ursprünglichen Wert zurückzubringen. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß der beim Auftreten von Fehlerströmen abfallende Magnetanker durch die von ihm bewirkte Schalterauslösung zwangläufig in seine magnetische Schließstellung zurückgeführt wird. Dadurch wird erreicht, daß der magnetische Kraftfluß nur ganz kurzzeitig geschwächt und unterbrochen wird und sich schnell wieder erholen kann. Die Schwankungen der magnetischen Kraft im Dauerzustand werden damit in sehr geringen Grenzen gehalten, und die Schutzeinrichtung kann somit lange einwandfrei ihren Zweck erfüllen, selbst wenn sie auf höchste Empfindlichkeit eingestellt ist.

Um die Rückführung des Auslöseankers möglichst zu beschleunigen, ist die Anordnung zweckmäßig so getroffen, daß die Rückführkraft mit fortschreitender Schalteröffnung zunimmt und daß sie unmittelbar nach Beginn der

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Schalteröffnung einsetzt. Am einfachsten kann diese Wirkungsweise dadurch erzielt werden, daß die Rückführung des Magnetankers durch eine vom Schaltmechanismus beeinflußte Feder erfolgt.

Eine weitere Steigerung der' Empfindlichkeit und damit Beschleunigung sowohl der Ankerauslösung und Abschaltung des Fehlerstromkreises als auch der Rückführung des Auslöseankers in seine Schließstellung kann erfindungsgemäß dadurch erzielt werden, daß der Magnetanker unter dem Einfluß einer Feder steht, die normalerweise etwa in Totpunktlage zu dem schwenkbaren Anker liegt, so daß ihre Krafteinwirkung auf den Auslöseanker im Ruhestand nahezu Null ist, während sie beim Abfallen des Magnetankers plötzlich mit steigender Kraft zur Wirkung kommt.

Eine leichte und baulich einfache Einstellmöglichkeit für die Ansprechempfindlichkeit der Einrichtung läßt sich in Verbindung hiermit dadurch erreichen, daß die Ankerfeder durch einen Exzenter o. dgl. verstellbar ist.

Die neue Schutzvorrichtung kann auch vorteilhaft gleichzeitig als Überstromschutz dienen, wenn die unmittelbare elektromagnetische Einwirkung des Überstromes auf den Dauermagneten vermieden wird. Dieses kann erfindungsgemäß dadurch geschehen, daß der Überstrom einen magnetischen Kurzschlußanker betätigt, der dem Auslöseanker das Feld wegnimmt und dadurch die Abschaltung einleitet. Auf diese Weise ist die Einrichtung für zwei verschiedene Zwecke nutzbar gemacht und gleichzeitig für beide Fälle ein unzulässiges Schwächen der Magnetkraft vermieden,

Der magnetische Kurzschluß kann zweckmäßig durch einen vom Überstrom beeinflußten Bimetallstreifen herbeigeführt oder ausgelöst werden. Dabei kann 4er Kurzschlußanker ebenso wie der Auslöseanker unter dem Einfluß einer Totpunktfeder oder eines Totpunktgestänges stehen und ebenso wie der Auslöseanker durch die von ihm bewirkte Schalteröffnung zwangläufig aus der Kurzschluß- in die Ausgangslage zurückgeführt werden. Der Kurzschlußanker kann gegebenenfalls auch aus einem Permanentmagneten bestehen, der umgekehrt polarisiert ist wie der Hauptmagnet. Die magnetische Eigenkraft des Kurzschlußankers darf jedoch erfahrungsgemäß io°/₀ der Kraft des Hauptmagneten nicht übersteigen, damit die Kraft des Hauptmagneten nach jedesmaliger Abschaltung wieder auf· ihren Anfangswert zurückgeht.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigt Fig. ι eine Vorderansicht des Schutzschalters in geschlossener Stellung,
Fig. 2 eine Seitenansicht zu Fig. 1, Fig. 3 eine Vorderansicht bei abfallendem Auslöseanker, aber noch geschlossenem Schalter im Augenblick des Anschlagens an das Kniegelenk des Schalters,

Fig. 4 eine Vorderansicht bei geöffnetem Schalter und wieder zurückgeführtem Auslöseanker. Im dargestellten Beispiel ist α das Joch eines Permanentmagneten aus einer Aluminium-Nickel-Legierung oder einer Kobalt-Eisen-Legierung. Der eine Schenkel des Joches ist langer als der andere Schenkel ausgebildet und trägt auf einem stiftartigen Polschuh b zwei Wicklungen c, c', welche in die Zu- und Ableitung des zu überwachenden Stromkreises eingeschaltet sind. Die beiden Spulen werden im entgegengesetzten Sinne von den Strömen der Zu- und Ableitung des Stromkreises durchflossen und haben eine genau gleiche Windungszahl, so daß sich die von ihnen ausgeübten magnetischen Kräfte im Ruhezustand aufheben. Sobald dagegen ein Fehlerstrom beispielsweise durch Berührung der Zu- oder Ableitung des Stromkreises auftritt, entsteht ,eine Differenz zwischen den Amperewindungen beider Spulen, so daß eine magnetische Kraft ausgeübt wird. Diese magnetisierende Fehlerstromkraft wirkt in der einen Halbperiode des Wechselstromes verstärkend, in der anderen Halbperiode dagegen schwächend auf die Feldkraft des Permanentmagneten. Durch diese Schwächung des Magnetismus wird die Auslösung eines Ankers d bewirkt, der unter dem Einfluß einer abschaltenden Feder/¹ steht. Dieser Anker schlägt bei seiner Freigabe gegen das Kniegelenk eines Kniehebels g, h, der den Schaltarm i des Hauptschalters i, k in der Schließstellung hält, und drückt dieses so weit durch, daß es unter dem Einfluß einer auf den Schaltarmi einwirkenden Drehfeder« völlig durchgeknickt wird und damit die Schwenkung und Auslösung des Schaltarmes i hervorruft, wodurch der zu überwachende Stromkreis geöffnet wird (Fig. 4). Damit eine möglichst geringe Kraft zur Auslösung des Schaltmechanismus genügt, ist an das Kniegelenk an der dem Schaltarm i abgelegenen Seite noch ein zweiter Hebel η angelenkt, der seinerseits unter dem Einfluß einer weiteren Drehfeder 0 steht und damit zur Beschleunigung des Abschaltvorganges beiträgt. Auf diese Weise wird sozusagen ein Doppelkniegelenk gebildet, dessen eines nur dazu dient, das andere zur Auslösung zu bringen. Dadurch wird eine besonders leichte Auslösung und schnelle Schaltung erzielt.

Die Ankerfeder/" liegt im Ruhezustand, d. h. bei anliegendem Auslöseanker etwa in der Totpunktrichtung zu diesem Anker, so daß ihre Kraftwirkung auf den Auslöseanker in der Ruhestellung nahezu Null ist; sobald dagegen der Auslöseanker auch nur wenig von dem Polschuh b abfällt, nimmt der Hebelarm der Federkraft schnell zu, und die Ankerfeder kommt

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damit plötzlich zur Wirkung. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die zum Loslassen des Auslöseankers erforderliche Schwächung des Permanentmagneten nur sehr klein zu sein S braucht und daß trotzdem eine plötzliche und kräftige Abschaltung erfolgt.

Auf der Achse des Schaltarmes * ist eine V-förmige Feder ft angeordnet, die mit ihren Schenkeln zwischen einem Anschlagzapfen r des

ίο Schaltarmes i und dem Auslöseanker d liegt. In der Ruhelage übt diese Feder keinerlei Wirkung aus; sobald dagegen der Auslöseanker d abfällt und die Öffnung des Schaltarmes herbeiführt, schwingt auch der Anschlagzapfen r in Richtung gegen den Auslöseanker d herum, so daß die V-förmige Feder sich mit ihrem einen Schenkel an dem Auslöseanker und mit ihrem anderen Schenkel an dem Anschlagzapfen r des Schaltarmes i abstützt, bis sie so weit gespannt wird, daß sie den Auslöseanker der Kraft der Ankerfeder entgegen in seine Schließstellung zurückführt (Fig. 4). Die von der Feder ft ausgeübte Rückführkraft nimmt natürlich gegen Ende der Abschaltbewegung zu. Die Rückführung setzt unmittelbar nach Beginn der Schalterauslösung ein, so daß der Auslöseanker nur ganz kurzzeitig aus seiner Schließstellung herausschwingt und der magnetische Kreis des Permanentmagneten sofort wieder geschlossen wird. Dadurch wird erreicht, daß sich der Magnetschenkel von der durch den Fehlerstrom ' hervorgerufenen Schwächung schnell und vollständig erholt.
Der feste Punkt der Ankerfederf befindet sich S an einem Exzenter s und kann durch Drehung des Exzenters in gewissen Grenzen verstellt werden. Dadurch läßt sich die Ansprechempfindlichkeit der Einrichtung in den gewünschten Grenzen regeln. Ferner ist noch eine Stellschraube s' an dem Exzenter vorgesehen, durch die außer der Kraftrichtung auch noch die Höhe der Federspannung verändert werden kann.
Der Schalter ist ferner noch mit einer Einrichtung versehen, welche ihn zur Verwendung als Überstromschutzschalter geeignet macht. Der Überstrom ruft jedoch nicht wie durch Leitungsberührung oder sonstwie hervorgerufene Fehlerströme eine unmittelbare Schwächung des Permanentmagneten durch elektromagnetische Wirkung hervor, sondern wirkt auf einen Bimetallstreifen t ein, dessen Bewegung zum Einschalten eines magnetischen Kurzschlusses oder Nebenweges benutzt wird. Dieser magnetische Kurzschluß wird durch einen Hebelarm u hergestellt, der gelenkig am freien Ende des kürzeren der beiden Magnetschenkel befestigt ist und dessen freies Ende beim Auftreten eines Überstromes in Richtung gegen das freie Ende des längeren Magnetschenkels schwingt. Auf diese Weise wird der Kraftfluß des Permanentmagneten wenigstens zum Teil durch den Kurzschluß- oder Nebenschlußarm u von dem Auslöseanker d abgeleitet, so daß die den Anker festhaltende Kraft geschwächt und damit in der schon oben beschriebenen Weise eine Auslösung des Ankers und Schaltmechanismus eingeleitet wird. Der Schwenkwinkel des Kurzschlußarmes ist durch einen verstellbaren Anschlag ν begrenzt.

Die Schaltung des Kurzschlußarmes u wird durch den Bimetallstreifen t lediglich eingeleitet; sobald ein nur geringer Ausschlag des Kurzschlußarmes erfolgt ist, wird die weitere Schaltung durch eine Zugfeder χ beherrscht. Diese Zugfeder greift an dem rückwärtigen Schenkel des Kurzschlußarmes in gleicher Weise an wie die Ankerfederf an dem Auslöseanker d. Sie ist nämlich ebenso wie die Ankerfeder in Totpunktlage zu dem Kurzschlußhebel angeordnet. Die Wirkungsweise dieser Feder ist daher die gleiche wie bei dem Auslöseanker.

Auch der Kurzschlußarm u wird nach erfolgter Auslösung durch die Öffnung des Hauptschalters in seine Ausgangsstellung zurückgeführt. Diese Rückführung kann, wie im Beispiel dargestellt, durch die gleiche V-Feder bewirkt werden, die auch den Auslöseanker in seine Schließstellung zurückbringt. Um diese V-Feder auch zur Rückführung des Kurzschlußankers benutzen zu können, ist um den Gelenkzapfen des Kurzschlußarmes u lose drehbar ein zweischenkliger Hebelarm y angeordnet, der mit seinem einen Schenkel gewöhnlich vor dem Auslöseanker d liegt und dessen anderer Schenkel eine Mitnehmernase ζ aufweist, die den Kurzschlußarm in seine Ausgangsstellung zurückschwenkt. Der vor dem Auslöseanker d liegende Schenkel des Hebelarmes y dient als Angriff für die Rückführfeder ft. Da der Hebelarm y frei beweglich ist, kann er sich, wenn die Einrichtung nicht als Überstromschutz, sondern als Fehlerstromschutz benutzt wird, mit dem Auslöseanker d frei bewegen, so daß er die Wirkungsweise nicht beeinträchtigt.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich.

Claims

Patentansprüche:

1. Schutzschalter mit polarisiertem Relais, insbesondere zum Verhindern des Bestehenbleibens von Fehlerströmen beispielsweise bei Erdschlüssen, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Auftreten von Fehlerströmen abfallende Magnetanker (d) sofort durch die von ihm bewirkte Schalterauslösung zwangläufig in seine magnetische Schließstellung zurückgeführt wird.

2. Schutzschalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführ-

kraft des Magnetankers mit fortschreitender Schalterauslösung zunimmt.

3. Schutzschalter nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückführmechanismus des Magnetankers mit dem Schalter so gekuppelt ist, daß die Rückführung unmittelbar nach Beginn der Schalteröffnung einsetzt.

4. Schutzschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung des Magnetankers (d) unter Zuhilfenahme einer vom Schaltmechanismus beeinflußten Feder (-p) erfolgt.

5. Schutzschalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mägnetanker (d) unter dem Einfluß einer Feder (f) steht, die normalerweise etwa in Totpunktlage zu dem schwenkbaren Anker (d) liegt, während sie beim Abfallen des Magnetankers plötzlich zur Wirkung gelangt.

6. Schutzschalter nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Angriffswinkel der Ankerfeder (/) durch einen Exzenter (f) 0. dgl. verstellbar ist.

7. Schutzschalter nach Anspruch ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er gleichzeitig als Überstromschalter ausgebildet ist, indem der Überstrom ein magnetisches Kurzschlußglied (u) betätigt, welches dem Auslöseanker (d) das Feld wegnimmt.

8. Schutzschalter nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kurzschluß durch einen vom Überstrom beeinflußten Bimetallstreifen (t) hervorgerufen wird.

9. Schutzschalter nach Anspruch 1 und 7 und 8, gekennzeichnet durch einen polarisierten permanentmagnetischen Kurzschlußanker.

10. Schutzschalter nach Anspruch 1 und 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußanker (u) ebenso wie der Auslöseanker [d) unter dem Einfluß einer Totpunktfeder [%) oder eines Totpunktgestänges steht und auch ebenso wie der Auslöseanker [d) durch die von ihmbewirkte Schalterauslösung zwangläufig aus der Kurzschlußin die Ausgangslage zurückgeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen