Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft Schaltervorrichtungen, die zur
Unterbrechung von einer oder von mehreren Schaltungsverbindungen verwendet
werden, speziell Stromversorgungsleitungs-Leiter in Abhängigkeit von Signalen
von einer Erdungsfehler-Schutzschaltung. Die Erfindung schafft eine
rückstellbare Schaltervorrichtung, die nur dann zurückgestellt werden kann, wenn
bestimmte Vorbedingungen befriedigt sind.
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Erdungsfehler-Schutzvorrichtungen, die in dauerhaft angeschlossenen
Installationen (wie beispielsweise einem Wandkasten) verwendet werden,
erfordern lediglich, daß der heiße oder "belebte" Leiter im Falle eines
Erdungsfehlers unterbrochen wird. Bei einer tragbaren Stromversorgungsausrüstung, die
Erdungsfehler-Schutzvorrichtungen verwendet, kann der neutrale Leiter
aufgrund einer rauhen Handhabung usw. abgetrennt werden und es kann die
Schutzschaltung entregt werden. Es würde dann ein Fehlerstrom zwischen
dem heißen Leiter und Erde oder Masse durch den Verlust des neutralen
Leiters nicht festgestellt fließen. Diese Möglichkeit hat veranlaßt, daß U.L.
erfordert, daß eine nicht dauerhaft angeschlossene
Erdungsfehler-Schutzausrüstung in diesem Land eine Einrichtung enthält, um einen offenen neutralen
Leiter zu detektieren.
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Die gewöhnlich verwendete Einrichtung umfaßt eine getrennte
Vorrichtung wie beispielsweise ein selbstsperrendes Relais, welches eine
Lastschaltungs-Kontinuität nur dann aufrecht erhält, so lange als sowohl der heiße als
auch der neutrale Leiter angeschlossen sind. Diese Relaisvorrichtungen
neigen dazu sperrig und kostspielig zu sein und für die Verwendung in einer
tragbaren Ausrüstung unhandlich zu sein.
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Andere bekannte umstellbare Schaltungsunterbrechungsvorrichtungen
verwenden typischerweise komplizierte Mechanismen, um die Kontakte zu
setzen und rückzustellen. Diese mechanischen Anordnungen neigen dazu
komplex und kompliziert zu sein, da eine notwendige Sicherheitsanforderung darin
besteht, daß die Vorrichtung nicht rückstellbar sein muß, wenn nicht eine
Sicherheitsschaltung vorhanden ist. Diese Komplexität erhöht jedoch die
Herstellungskosten und vermindert die Zuverlässigkeit.
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Es existiert somit Bedarf für einen rückstellbaren
Schaltungsunterbrecher, der eine einfache Konstruktion hat, komplexe Mechanismen zur
Betätigung der Schaltungsverbindung vermeidet und somit eine kostengünstige und
dennoch zuverlässige Einrichtung vorsieht, um die Vorrichtung zu setzen und
rückzusetzen.
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Die US-A-2286375 bechreibt einen Sicherheitsschalter, bei dem die
elektrischen Kontakte durch einen magnetischen Angriff eines Ankers bei
einem Elektromagneten geschlossen gehalten werden. Wenn der Strom des
Elektromagneten unterbrochen wird, werden die elektrischen Kontakte durch
Federn geöffnet, welche den Anker und den Elektromagneten
auseinanderzwingen.
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Die WO 85/02724 beschreibt einen elektrischen Stecker, bei dem
bewegbare Kontakte in Berührung mit den Steckeranschlüssen gebracht werden
können, um Elektrizität zu leiten, indem eine Rückstelltaste gedrückt wird.
Wenn einmal elektrischer Strom in dem Stecker fließt werden die elektrischen
Kontakte durch einen Solenoid geschlossen gehalten. Im Falle eines Kurz
schlusses wird die elektrische Versorgung zum Solenoid unterbrochen, wobei
die Kontakte die Möglichkeit erhalten sich zu öffnen.
Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine rückstellbare
Schaltervorrichtung geschaffen, um selektiv eine elektrische Verbindung zu unterbrechen,
wobei die Vorrichtung aufweist ein Paar von sich gegenüberliegenden
Kontakten, ein Gehäuse, eine Solenoidvorrichtung, die in dem Gehäuse zwischen
einer ersten und einer zweiten Position verschiebbar ist, einen Kontaktträger, der
an der Solenoidvorrichtung befestigt ist und einen der sich gegenüberliegenden
Kontakte trägt, eine Einrichtung, welche die Solenoideinrichtung in die erste
Position hin vorspannt, in welcher die genannten Kontakte geöffnet sind, und
einen Plunger-Kolber, der sich wenigstens teilweise durch die
Solenoidvorrichtung hindurch erstreckt und magnetisierbar ist, um die Solenoidvorrichtung in
der zweiten Position festzuhalten, in welcher die genannten Kontakte gesch
lossen sind, wenn die Solenoidvorrichtung einen vorbestimmten Strom leitet.
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Der Plunger-Kolben kann magnetisierbar sein, um die
Solenoidvorrichtung in die zweite Position zu bewegen und zwar abhängig von einem zweiten
vorbestimmten Strom.
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Die Vorrichtung kann eine Einrichtung enthalten, um einen Erdungsfehler
zu detektieren, eine Einrichtung, die auf die Detektierung eines Erdungsfehlers
anspricht, um den Strom zur Solenoideinrichtung zu unterbrechen, und eine
von Hand betätigbare Schaltervorrichtung enthalten, um den Strom zur
Solenoidvorrichtung wieder herzustellen, um die Solenoidvorrichtung in die zweite
Position zurückzusetzen.
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In vorteilhafter Weise ist der Plunger-Kolben zwischen einer zweiten
Plunger-Position, in welcher dieser magnetisierbar ist, wenn die
Solenoidvorrichtung den vorbestimmten Strom leitet, und einer ersten Plunger-Position
gleitend verschiebbar und es sind Mittel vorgesehen, welche den Plunger-
Kolben in die erste Plunger-Position hin vorspannen, wobei der Plunger-Kolben
die Solenoidvorrichtung in die zweite Position bewegt, um die
Schaltervorrichtung zurückzusetzen, wenn der Plunger-Kolben in die zweite Plunger-Position
bewegt wird und wenn die Solenoidvorrichtung den vorbestimmten Strom führt.
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Die Vorrichtung kann eine magnetische Hülse in der Solenoidvorrichtung
enthalten, welche den Plunger-Kolben umschließt, wodurch der Plunger-Kolben
mit der Solenoidvorrichtung bewegbar ist, wenn der vorbestimmte Strom
geleitet wird und hinsichtlich der Solenoidvorrichtung bewegt werden kann, wenn
weniger als der vorbestimmte Strom geleitet wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner ein von Hand
rückstellbarer Erdungsfehler-Schaltungsunterbrecher geschaffen, der ein Paar von
normalerweise geöffneten Kontakten umfaßt, ein Gehäuse, eine Solenoidvorrichtung,
die verschiebbar durch das Gehäuse gehaltert ist, einen Kontaktträger, der an
der Solenoidvorrichtung befestigt ist und an den einer der Kontakte in
Gegenüberlage zum anderen Kontakt befestigt ist, wobei die Solenoidvorrichtung
zwischen einer ersten und einer zweiten Position verschiebbar ist, eine
Einrichtung, die die Solenoidvorrichtung in die erste Position vorspannt, wobei die
Kontakte elektrisch geöffnet sind, wenn die Solenoidvorrichtung sich in der
ersten Position befindet und die Kontakte geschlossen sind, wenn sich die
Solenoidvorrichtung in der zweiten Position befindet, und mit einem von Hand
betätigbaren Plunger-Kolben, der sich wenigstens teilweise durch die
Solenoidvorrichtung hindurch erstreckt und magnetisiert wird, wenn die
Solenoidvorrichtung einen vorbestimmten Strom leitet, und wobei der Plunger-
Kolben zwischen einer ersten Plunger-Position und einer zweiten Plunger-
Position verschiebbar ist und in die erste Plunger-Position vorgespannt ist,
derart, daß dann, wenn ein vorbestimmter Strom von der Solenoidvorrichtung
geleitet wird und der Plunger-Kolben von Hand betätigt wird, der Plunger-Kolben
direkt an die Solenoidvorrichtung angreift und nach Freigabe der
Handbetätigung die Solenoidvorrichtung in die zweite Position bewegt und dann, wenn die
Solenoidvorrichtung einen nicht ausreichenden Strom leitet, die
Solenoidvorrichtung sich in der ersten Position befindet und zwar ungeachtet der
Betätigung des Plunger-Kolbens.
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In vorteilhafter Weise umfaßt die Solenoidvorrichtung eine zylindrische
Spule, die auf einen Spulenkörper mit einer diesen durchsetzenden zentralen
Öffnung aufgewickelt ist, und eine Fußplatte, die an einem Ende des
Spulenkörpers befestigt ist, wobei ein Ende des Plunger-Kolbens in geeigneter Weise
innerhalb der zentralen Öffnung gleiten kann und die Fußplatte berühren kann,
wenn der Plunter-Kolben von Hand betätigt wird, wobei der Plunger-Kolben
magnetisch an der Fußplatte festgehalten wird, wenn ein vorbestimmter Strom
in der genannten Spule fließt.
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Der Schaltungsunterbrecher kann ferner zwei Federn umfassen, wobei
eine der Federn so angeordnet ist, daß sie die Solenoidvorrichtung in die erste
Position hin vorspannt und die andere Feder so angeordnet ist, daß sie den
Plunger-Kolben in die erste Plunger-Position hin vorspannt.
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In bevorzugter Weise üben die Federn eine nicht ausreichende Kraft
aus, um die magnetische Kraft zu überwinden, welche den Plunger-Kolben und
die Fußplatte zusammenhält, wenn ein vorbestimmter Strom von der
Solenoidvorrichtung geleitet wird. Die den Plunger-Kolben vorspannende Feder
übt eine Kraft auf den Plunger-Kolben aus, die größer ist als die Kraft, die von
der Feder der Solenoidvorrichtung auf die Solenoidvorrichtung ausgeübt wird.
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Eine von Hand rückstellbare Schaltervorrichtung umfaßt ein Paar von
normalerweise offenen Kontakten, wobei einer der Kontakte eine feste Position
hat und der andere Kontakt relativ zu dem ortsfesten Kontakt bewegbar ist, um
mit diesem einen elektrischen Schluß herzustellen und zu brechen, wobei der
bewegbare Konktat an einem Kontaktträger befestigt ist und die
Solenoidvorrichtung durch ein Gehäuse verschiebbar gehaltert ist und wobei der
Kontaktträger an der Solenoidvorrichtung für eine Bewegung mit derselben befestigt
ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner einen von Hand
betätigbaren Plunger-Kolben enthält, der innerhalb der Solenoidvorrichtung gleitend
verschiebbar ist und der magnetisch an die Solenoidvorrichtung angreift, wenn
der Plunger-Kolben von Hand betätigt wird und wenn ein vorbestimmter Strom
durch die Solenoidvorrichtung geleitet wird, und eine Vorspanneinrichtung
enthält, um den Plunger-Kolben von der Solenoidvorrichtung abzulösen, um die
Kontakte immer dann zu öffnen, wenn die Solenoidvorrichtung weniger als
einen vorbestimmten Strom führt, wobei die Anordnung so ausgelegt ist, daß
dann, wenn der Plunger-Kolben und die Solenoidvorrichtung magnetisch
aneinander angreifen, die Kontakte nach einer von Handbetätigung des Plunger-
Kolbens geschlossen werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung, die als ein
Schaltungsunterbrecher verwendet wird, die jedoch nur dann zurückgestellt werden
kann, nachdem bestimmte Vorbedingungen erfüllt sind. Die Vorrichtung
verwendet eine minimale Zahl von Teilen, um die Schaltungsverbindung
herzustellen und zu unterbrechen und ermöglicht ein Rückstellen ohne komplexe
mechanische Anordnungen, die von früher her bekannt sind.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung verwendet die Vorrichtung ein oder
mehrere Paare von elektrischen Kontakten. Für jedes Kontaktpaar ist ein
Kontakt
relativ zu dem anderen bewegbaren Kontakt ortsfest. Der bewegbare
Kontakt ist auf einem Kontaktträger montiert, der an einem
Solenoidspulenkörper befestigt ist. Die Solenoidspule und der Spulenkörper werden von einem
Gehäuse gleitend verschiebbar festgehalten und sind durch eine Feder derart
vorgespannt, daß jedes Kontaktpaar normalerweise geöffnet ist.
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Die Betätigung (setzen und rücksetzen) der Vorrichtung wird mit Hilfe
eines Plunger-Kolbens erreicht, der durch einen zentralen Durchgang in der
Solenoidvorrichtung hindurch paßt und gegenüber der Solenoidvorrichtung
gleitend verschiebbar ist. Immer wenn die Solenoidvorrichtung einen
vorbestimmten Strom leitet, wird der Plunger-Kolben magnetisiert und kontaktiert
magnetisch oder greift magnetisch an eine Fußplatte an, die an dem
Solenoid-Spulenkörper befestigt ist.
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In einer Ausführungsform wird die Vorrichtung von Hand betätigt und der
Plunger-Kolben muß von Hand betätigt werden, um magnetisch an die
Fußplatte anzugreifen. Eine den Plunger-Kolben vorspannende Feder bewirkt, daß der
Plunger-Kolben und der magnetisch angekoppelte Solenoid-Spulenkörper
bewegt werden und daß dadurch die Kontakte geschlossen werden.
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Bei einer anderen Ausführungsform wird die Vorrichtung elektrisch
betätigt und der Plunger-Kolben wird veranlaßt an die Fußplatte lediglich durch den
magnetischen Fluß anzugreifen, der von der Solenoidvorrichtung erzeugt wird.
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Da die Betriebsweise der Vorrichtung einzig und allein auf dem Fehlen
oder Vorhandensein eines magnetischen Feldes basiert, welches durch einen
vorbestimmten minimalen Strom in der Solenoid-Spule erzeugt wird, ist keine
mechanische Verriegelungsanordnung erforderlich. Daher wird der
Schaltvorgang mit einer minimalen Anzahl von nicht komplizierten Teilen bewerkstellig
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Die von Hand betätigte Ausführungsform der Erfindung macht Gebrauch
von der Eigenschaft der magnetischen Verstärkung in einer
Solenoidvorrichtung. Das bedeutet, daß die Strommenge oder die Kraft, die erforderlich ist, um
ein von einer Feder vorgespanntes,einen Kontakt tragendes Teil in eine
geschlossene Position aus der Ruhelage heraus zu stoßen oder zu ziehen sehr
viel größer ist als der Strom oder die Kraft, der bzw. die erforderlich ist, um
dieses Teil in Lage zu halten, wenn es einmal geschlossen worden ist. Dies ist
deshalb der Fall, weil ein magnetischer Kreis von dem Solenoid-Rahmen über
den Kern der Spule geschlossen wird, wenn der Plunger-Kolben einmal Kontakt
mit der Fußplatte erreicht hat. Bei der von Hand betätigten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist kein Einzieh-Strom erforderlich, um den Plunger-
Kolben zu bewegen und um den magnetischen Kreis zu schließen. Die
mechanische Kraft, die erforderlich ist, wird von Hand über einen günstig
angeordneten Betätigungsknopf vorgesehen. Da ein relativ kleiner Haltestrom
erforderlich ist, können die elektronischen Komponenten der Erdungsfehler-
Schutzschaltung in der Größe reduziert werden, um eine kleinere,
kostengünstigere Packung zu erreichen.
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Bei der elektrisch betätigten Ausführungsform der Vorrichtung, wird die
Solenoid-Spule mit einem Einzieh-Strom versehen, wenn die geschützte
Energieversorgungsausrüstung in einen Stromversorgungsausgang eingestöpselt
wird. Der Haltestrom wird von dem Solenoid abgezweigt, wenn ein
Erdungsfehler detektiert wird. Die Vorrichtung kann elektrisch durch Betätigen eines
Schalters rückgesetzt werden, um in der Spule einen Einzieh-Strom zu
erzeugen.
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In jeder Ausführungsform der Vorrichtung ist die zugeordnete
Erdungsfehler-Detektorschaltung dafür ausgelegt um einen Fehlabgleich zu detektieren
oder einen Unterspannungszustand in den heißen und neutralen
Stromversorgungsleitungen zu detektieren und um Strom von der Solenoid-Spule zu
entfernen. Bei wiederhergestellten von normalen oder "Sicherschaltungs"-
Bedingungen kann die die Schaltung unterbrechende Vorrichtung von Hand
oder elektrisch zurückgestellt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer von Hand betätigten
Vorrichtung, welche die vorliegende Erfindung wiedergibt, wobei die Vorrichtung in
dem deaktivierten oder entregten Zustand gezeigt ist;
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Fig. 2 ist eine Ansicht ähnlich derjenigen von Fig. 1, wobei jedoch die
Vorrichtung aktiviert ist oder erregt ist;
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Fig. 3 ist eine Querschnittsdarstellung einer alternativen
Ausführungsform der von Hand betätigten Vorrichtung;
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Fig. 4 ist ein schematisches Schaltbild einer Steuerschaltung für die von
Hand betätigten Vorrichtungen der Figuren 1 bis 3;
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Fig. 5 ist eine Querschnittsdarstellung einer elektrisch betätigten
Vorrichtung der Erfindung im deaktivierten Zustand;
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Fig. 6 ist eine Ansicht ähnlich derjenigen von Fig. 5, wobei jedoch die
Vorrichtung im aktivierten Zustand ist; und
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Fig. 7 einen Teil-Schaltplan einer Steuerschaltung für die Vorrichtung
der Figuren 5 und 6, wobei die Unterschiede gegenüber der Schaltung der
Fig .4 gezeigt sind.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Gemäß Fig. 1 ist eine von Hand aktivierte Schaltungsunterbrecher-
Vorrichtung, welche die vorliegende Erfindung verkörpert, allgemein mit dem
Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 ist so dargestellt wie sie in
einer typischen Weise verwendet wird wie beispielsweise montiert an eine
gedruckte Schaltungsplatte 12 zur Verwendung als ein Teil einer Erdungsfehler-
Schutzschaltung, die in Fig. 4 gezeigt ist und weiter unten beschrieben wird.
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Die Vorrichtung 10 enthält ein oder mehrere Paare von elektrischen
Kontakten 14 (zwei Paare sind in Fig.1 gezeigt). Die Kontakte können dazu
verwendet werden, um die Stromversorgung an eine geschützte tragbare
Stromversorgungsausrüstung anzuschließen. Ein Kontakt 14a jedes
Kontaktpaares ist in bevorzugter Weise an der Schaltungsplatte 12 montiert und wird
im folgenden als der "fest" Kontakt 14a bezeichnet. Der andere Kontakt 14b
jedes Kontaktpaares ist relativ zu seinem entsprechenden festen Kontakt
beweg bar und zwar in einer weiter unten beschriebenen Weise.
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Die Vorrichtung 10 enthält ferner ein zylindrisches oder rechteckförmiges
Gehäuse 16, welches einen Solenoidwicklungs-Spulenkörper 18 festhält und in
bevorzugter Weise
im wesentlichen umschließt. Der Spulenkörper 18 besitzt
Drahtwicklungen 20, die auf diesen gewickelt sind, um einen Solenoid zu bilden
und zwar mit einem offenen konzentrischen zentralen Durchgang 22. Der
Wicklungs-Spulenkörper 18 und die Spule 20 können in geeigneter Weise leicht
innerhalb des Gehäuses 16 gleiten. Die Spule 20 kann an die Erdungsfehler-
Detektorschaltung angeschlosen sein.
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Ein Kontaktträger 24 ist an einem Ende des Spulenkörpers 18 befestigt,
wobei jeder bewegbare Kontakt 14b darauf in Gegenüberlage zu dessen
festem Kontakt 14a montiert ist. Das gegenüberliegende oder distale Ende des
Spulenkörpers 18 besitzt einen Flansch 26. Eine Metall-Fußplatte 28 ist an dem
Flansch 26 befestigt. Die relativen Positionen der bewegbaren Kontakte 14b
gegenüber den festen Kontakten 14a sind solchermaßen gewählt, daß dann,
wenn der Spulenkörper 18 auf den Boden des Gehäuses 16 aufgesetzt wird,
die Kontakte elektrisch offen sind. Jedoch kann der Spulenkörper 18 in
ausreichender Weise nach oben oder in axialer Richtung gleiten, um dadurch das
Schließen der Kontakte 14 zu bewirken, wie dies im folgenden erläutert werden
soll.
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Eine Vorspann-Druckfeder 30 ist zwischen der Schaltungsplatte 12 und
dem Spulenkörper 18 angeordnet, um eine axiale Kraft auf den Spulenkörper
auszuüben. Diese Kraft neigt dazu, den Spulenkörper 18 zum Boden des
Gehäuses 16 hin zu bewegen, wodurch die Kontakte 14 geöffnet werden. Man
kann somit sagen, daß die Kontaktpaare 14 "normalerweise offen" sind.
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Ein Plunger-Kolben 32 ist mit einem bequemen von Hand-
Betätigungsknopf 34 an einem Ende ausgestattet. Der Plunger-Kolben 32 ist so
angeordnet, daß er innerhalb des Durchgangs 22 durch den Solenoid gleiten kann.
Eine den Plunter-Kolben vorspannende Feder 36 ist zwischen dem Knopf 34 und
der Schaltungsplatte 12 angeordnet und übt eine Kraft aus, die versucht das
distale Ende des Plunger-Kolbens 32 nach oben zu schieben oder vom Boden
des Gehäuse 16 weg zu schieben. An dem Plunger-Kolben 32 ist eine Schulter
38 ausgebildet, um gegen die Schaltungsplatte 12 anzustoßen, wenn der
Plunger-Kolben sich in der oberen Position befindet, wodurch verhindert wird, daß
der Plunger-Kolben 32 aus der Vorrichtung 10 herausfällt. Wenn der Plunger-
Kolben 32 von Hand betätigt wird, indem eine axiale Kraft auf den Knopf 34
ausgeübt wird, so wird der Plunger-Kolben 32 so lange gestoßen, bis das
distale Ende 32a desselben die Fußplatte 28 kontaktiert oder an diese angreift.
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Der Betrieb der Vorrichtung 10 ist wie folgt (unter Bezugnahme auf die
Figuren 1 und 2).Wenn kein Strom oder weniger als ein minimaler
vorbestimmter Strom duch die Solenoid-Spule 20 fließt, hat das Niederdrücken des
Plunger-Kolbens 32 keine Wirkung, die Kontakte 14 können sich selbst momentan
nicht schließen und die Vorrichtung 10 kehrt in die Position zurück, die in Fig.1
gezeigt ist. Es sind somit die Kontakte 14 elektrisch offen, da die
Vorspannfeder 30 den Spulenkörper 18 und den Kontaktträger 24 von der Schaltungsplatte
12 und den festen Kontakten 14a wegdrückt.
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Es sei nun angenommen, daß durch die Spule 20 Strom fließt. Das von
der Solenoid-Spule erzeugte magnetische Feld magnetisiert den Plunger-
Kolben 32. Wenn der Plunger-Kolben 32 von Hand betätigt wird, indem das
distale Ende 32a in Berührung mit der Fußplatte 28 gestoßen wird, werden der
Plunger-Kolben 32 und die Fußplatte 28 magnetisch aneinandergekoppelt. Wie
in Fig. 2 gezeigt ist wird dann, wenn die von Hand aufgebrachte Kraft
aufgehoben wird, der Plunger-Kolben 32 durch die Feder 36 in seine originale Stellung
zurückgeführt und die Fußplatte 28, der Spulenkörper 18 und der Kontaktträger
24 werden in gleicher Weise mit dem Plunger-Kolben 32 bewegt, wodurch die
Kontakte 14 geschlossen werden.
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Der von der Solenoid-Spule geleitete Strom muß einen vorbestimmten
Wert überschreiten, so daß die magnetische Kupplung zwischen dem Plunger-
Kolben 32 und der Fußplatte 28 ausreichend groß ist, um die Differenzkraft der
Federn 30, 36 zu überschreiten, die bestrebt sind diese zu trennen. Wenn der
Strom unter den minimalen Haltepegel abfällt (wodurch eine positive Hysterese
zugelassen wird) bewirken die Federn 30, 36 eine Trennung des Plunger-
Kolbens 32 und der Fußplatte 28, wodurch bewirkt wird, daß die Vorrichtung 10
in den entregten Zustand zurückkehrt, wie in Fig. 1 gezeigt ist.
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Die Vorrichtung 10 kann von Hand nicht zurückgestellt werden oder
betätigt werden bis ein ausreichender Aktivierungsstrom in der Spule 20
vorhanden ist. diese Vorbedingung wird natürlich auch durch eine andere
Schaltungsanordnung
befriedigt, die in Fig. 4 gezeigt ist und unten beschrieben werden
soll, die den erforderlichen Solenoidspulen-Strom nur dann erzeugt, wenn die
elektrische Sicherheit gegeben ist, um das Schließen der Kontakte 14 zu
erlauben oder sie unterbricht den Aktivierungsstrom zur Solenoid-Spule, wenn ein
unsicherer Zustand auftritt (wie beispielsweise ein Erdungsfehler), wodurch
dann die Vorrichtung 10 entregt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß der
Aktivierungsstrom der Solenoid-Spule durch geeignete Auswahl der Federn 30, 36
vorherbestimmt werden kann.
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Eine alternative Ausführungsform der von Hand betätigten Vorrichtung
ist in Fig. 3 gezeigt. Die meisten der Elemente sind die gleichen wie diejenigen
in Fig.1 und 2, wobei die gleichen Bezugszeichen verwendet sind, um gleiche
Teile zu bezeichnen.
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Bei der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung 10 wird die Solenoid-Spule 20
gleitend durch ein Gehäuse 16 festgehalten. Jedoch ist die Fußplatte 28
innerhalb des Gehäuses 16 montiert und ist nicht an den Spulenkörper 18 befestigt.
Der Spulenkörper 18 besitzt eine konzentrische metallische Hülse 50 innerhalb
des zentralen Durchgangs 22. Die Hülse 50 ist an dem Spulenkörper 18
befestigt und der Plunger-Kolben 32 gleitet innerhalb der Hülse 50.
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Der Plunger-Kolben 32 enthält einen Flansch 32a an seinem distalen
Ende. Wenn die Spule 20 erregt wird, greift der Plunger-Kolben 32 an und wird
an der Hülse 50 festgehalten. Wenn somit eine Kraft von Hand auf den Knopf
34 aufgebracht wird, wird der Plunger-Kolben 32 nach unten zusammen mit der
gesamten Solenoid-Spule 20, dem Spulenkörper 18 und dem Kontakfträger 24
gestoßen, wodurch die Kontakte 14 geschlossen werden. Dies heißt, daß die
magnetische Kopplung zwischen dem Plunger-Kolben 32 und der Hülse 50
bewirkt daß die gesamte Anordnung zum Boden des Gehäuses 16 hin gleitet.
Wenn der Plunger-Kolbenflansch 32a die Fußplatte 28 kontaktiert, wird dieser
magnetisch so lange in Lage gehalten als der Spulenstrom den vorbestimmten
Haltewert überschreitet. Wenn der Strom unter diesen Wert abfällt oder auf Null
geht, führen die Federn 30 und 36 den Spulenkörper und den Plunger-Kolben
in die in Fig.3 gezeigte Position zurück.
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Ein Vorteil der in Fig. 3 gezeigten Konstruktion besteht darin, daß der
niedergedrückte Knopf 34 eine unmittelbare Sichtanzeige dem Anwender
bietet, daß die Kontakte geschlossen gehalten werden. Der Kompromiß besteht
natürlich in dem zusätzlichen Hülsenteil 50, welches dazu verwendet wird, an
den Plunger-Kolben 32 und den Spulenkörper 18 anzugreifen.
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Im Betrieb wird die in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Vorrichtung 10 an die
Schaltung der Fig.4 angeschaltet. In Fig. 4 bilden die Anschlüsse 65 und 66 die
"heißen" und "neutralen" Leitungen, um einen Anschluß an einen
herkömmlichen Wechselstrom-Ausgang zu realisieren. Energie wird über die Anschlüsse
65, 66 und die Kontakte 14A, 14B der Vorrichtung 10 zu den Anschlüssen 70,
71 vorgesehen, die an ein geschütztes Teil der Stromversorgungsausrüstung
angeschlossen sind. Ein Paar von Strom-Transformatoren 74, 75 sind
vorgesehen, um jeweils den Stromfluß zwischen der neutralen Leitung und Masse oder
Erde und zwischen der heißen Leitung und Masse oder Erde zu fühlen, der
einen Erdungsfehler anzeigt. Wenn irgendein solcher Erdungsfehler-Strom über
die Transformatoren 74 oder 75 gefühlt wird, wird an einer integrierten
Schaltung 80 ein Signal erzeugt. welches seinerseits ein Signal an dem Stift 5
hervorruft, das anzeigt, daß ein Erdungsfehler gefühlt worden ist. In bevorzugter
Weise besteht die integrierte Schaltung 80 aus einem GFCI Regler, der von
Raytheon als Teile Nr. RV 4145 hergestellt wird.
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Es wird Energie der Erdungsfehler-Steuerschaltung von den
Anschlüssen 65, 66 über einen Brückengleichrichter 85 zugeführt. Die Ausgangsgröße
der Brücke 85 wird über einen Widerstand 87 und eine Diode 88 der
integrierten Schaltung 80 und über den Widerstand 90 dem Kollektor eines Transistors
95 zugeführt. Die Basis des Transistors 95 ist mit einem Stift 5 der integrierten
Schaltung 80 verbunden. Der Transistor 95 bleibt im nicht leitenden Zustand so
lange als kein Erdungsfehler-Signal von dem Stift 5 der integrierten Schaltung
80 empfangen wird.
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Die Spule der Schaltungsunterbrecher-Vorrichtung 10 ist mit dem
Ausgang der Brücke 85 über einen Strom begrenzenden Widerstand 98 verbunden
und ist über einen Transistor 100 mit Erde verbunden. Der Transistor 100 ist
normalerweise aufgrund eines Stromes leitend, der über den Widerstand 90
und einen anderen Widerstand 102 seiner Basis zugeführt wird. Wenn der
Transistor 100 leitend ist, wird die Spule der Vorrichtung 10 mit einem Strom
über den Begrenzungswiderstand 98, der den Strom auf einen Wert begrenzt
der nur so ausreichend ist, um die Kontakte 14A, 14B nach der von
Handbetätigung geschlossen zu halten, versorgt, jedoch nicht so ausreichend, um die
Kontakte gegen die Vorspannung zu schließen, die durch die Feder 30
vorgesehen wird. Die Kontakte 14A, 14B der Vorrichtung 10 können nicht durch
elektrische Erregung alleine von der Vorrichtung 10 geschlossen werden,
sondern erfordern auch eine mechanische Energie, die aufgebracht werden muß,
um den Plunger-Kolben 32 niederzudrücken.
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Wenn durch den Transformator 74 oder 75 ein Erdungsfehler detektiert
wird, wird für die integrierte Schaltung 80 ein Signal vorgesehen, welches
wiederum ein Signal am Stift 5 erzeugt, welches zur Basis des Transistors 95
gelangt. Der Transistor 95 wird dadurch leitend gemacht und leitet Strom von der
Basis des Transistors 100 ab, wodurch dieser nicht leitend gemacht wird. Die
Spule der Vorrichtung 10 wird somit entregt und die Kontakte 14A, 14B werden
geöffnet. Die Vorrichtung 10 kann nur durch eine von Handbetätigung des
Plunger-Kolbens 32 und nur nachdem der detektierte Erdungsfehler gelöscht
worden ist, rückgestellt werden.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen die elektrisch betätigte Ausführungsform
einer Schaltungsunterbrecher-Vorrichtung, die die vorliegende Erfindung
verkörpert.Die gleichen Bezugszeichen, die in den Figuren 1 bis 3 verwendet sind,
sind dafür verwendet, um ähnliche oder entsprechende Teile anzugeben. In
den Figuren 5 und 6 ist der Solenoid-Spulenkörper 18 erneut in dem Gehäuse
16 gleitend verschiebbar festgehalten. Der Plunger-Kolben 32 wurde
verlängert, um den Luftspalt zwischen dessen unterem Ende 32A und der Fußplatte
28 zu reduzieren. Auch ist kein Betätigungsknopf für den Plunger-Kolben 32
mehr vorhanden entsprechend dem Knopf 34 in den Figuren 1 bis 3, noch eine
Druckfeder entsprechend der Feder 36 in den Figuren 1 bis 3. Stattdessen wird
der Plunger-Kolben 32 in einer im wesentlichen ortsfesten Position mit Hilfe
einer Federfesthalte-Unterlegscheibe 105 festgehalten, die innerhalb einer Nut in
der Welle des Plunger-Kolbens 32 gehalten ist. Der Luftspalt zwischen dem
Plunger-Kolben 32 und der Fußplatte 28 wird in bevorzugter Weise so
eingestellt, daß er nur geringfügig größer ist, in der Größenordnung von 0,0254 cm
(0,01 inch), als der normale Öffnungsabstand zwischen den Kontakten 14A und
14B. Dies stellt sicher, daß nach Schließen der Kontakte 14A, 14B die
Federhalte-Unterlegscheibe 105 geringfügig zusammengedrücktwird und eine
konstante Spannung auf die Kontakte 14A, 14B beibehalten wird, um ein
Kontaktprellen zu beseitigen. Mit der Ausnahme dieser Unterschiede sei darauf
hingewiesen, daß die elektrisch aktivierte Vorrichtung der Figuren 5 und 6 im
wesentlichen in der Konstruktion die gleiche ist wie die Vorrichtungen der Figuren
1 bis 3.
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Bei der Verwendung wird die Vorrichtung 10a der Figuren 5 und 6 an die
Schaltung der Fig. 7 angeschlossen, die identisch mit derjenigen der Fig .4 ist,
und zwar mit den veranschaulichten Ausnahmen. In Fig. 7 wurde der Strom
begrenzende Widerstand 98 der Fig. 4 entfernt, so daß die Spule 20 mit einem
Einzieh-Strom versorgt werden kann. Zusätzlich wurde der Transistor 95 durch
einen SCR 110 ersetzt und der Drucktasten-Rückstellschalter 115 ist an die
SCR angeschaltet.
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Im Betrieb wird die Spule 20 der Vorrichtung 10a mit einem Einziehstrom
über den Transistor 100 versorgt und es werden die Kontakte 14A, 14B
geschlossen sobald die Leitungsanschlüsse 65 und 66 in eine
Stromversorgungsquelle eingesteckt werden. Wenn ein Erdungsfehler detektiert wird, wird
ein Signal vom Stift 5 der integrierten Schaltung 80 dem Gate des SCR 110
zugeführt, wodurch der SCR leitend gemacht wird und ein Basisstrom vom
Transistor 100 abgeleitet wird. Die Spule der Vorrichtung 10a wird entregt und
die Kontakte 14A, 14B sind geöffnet. So lange als die Leitungsanschlüsse 65
und 66 mit einer Stromversorgungsquelle verbunden bleiben, bleibt der SCR
110 leitend. Der Transistor 100 wird jedoch nicht leitend und die Vorrichtung
10b wird entregt. Die Vorrichtung 10a kann dadurch rückgestellt werden, indem
die Rückstelltaste 115 betätigtwird, um den SCR 110 nicht leitend zu machen
und die Möglichkeit zu schaffen, daß ein Einzieh-Strom der Spule der
Vorrichtung 10a über den Transistor 100 zugeführt wird.
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Wenn die Leitungsanschlüsse 65 und 66 von der
Stromversorgungsquelle abgetrennt werden, was auf das Detektieren eines Erdungsfehlers folgt wird
der SGR 110 nicht leitend gemacht. In diesem Fall wird ein Einzieh-Strom der
Spule der Vorrichtung 10a zugeführt sobald als die Leitungsanschlüsse 65 und
66 wieder an eine geeignete Stromversorgungsquelle angeschlossen werden.
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Die hier beschriebene Erfindung realisiert somit eine rückstellbare
Schaltungsunterbrecher-Vorrichtung, die keinerlei mechanische
Verbindungselemente zwischen der Drucktaste und den Kontakten erfordert. Die minimale
Anzahl von bewegten Teilen vereinfacht sehr ausgeprägt die Herstellung und
den Zusammenbau, wodurch die Kosten vermindert werden und die
Zuverlässigkeit gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen erhöht wird.
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Während die Erfindung unter Hinweis auf spezielle Ausführungsformen
bechrieben und veranschaulicht ist, sollen diese lediglich der
Veranschaulichung dienen und keinerlei Einschränkung bilden und es sind eine Vielfalt von
Abwandlungen der spezifischen Ausführungsform, die hier gezeigt und
beschrieben ist, für den Fachmann offensichtlich, die im Rahmen der Ansprüche
liegen.