[0001] Die Erfindung betrifft einen Fehlertromschutzschalter nach dem Oberbegriff des Anspruches
1.
[0002] Beispielsweise zweipolige Fehlerstromschutzschalter erfassen über einen Summenstromwandler
einen Differenzstrom im Wechselstromkreis, der über eine dem Summenstromwandler zugeordnete
Sekundärwicklung den Permanentfluß in einem permanentmagnetisch vorgespannten Magnetkreis
kompensiert und einen durch eine Federkraft vorgespannten Anker löst, der einen bestimmten
Auslöseweg zurücklegt, das Schaltwerk des Fehlerstromschutzschalters entklinkt und
die Hauptkontakte öffnet. Der permanentmagnetisch vorgespannte Magnetkreis ist meist
ein U-förmig ausgebildeter Auslöser, der einen Permanentmagneten sowie einen Anker
aufweist, wobei der Permanentmagnet den Anker so lange am Joch festhält, bis
ein Fehlerstrom auftritt und einen magnetischen Fluß erzeugt, der dem durch den Permanentmagneten
erzeugten Permanentfluß entgegenwirkt, so daß eine vorgespannte Feder den Anker vom
Joch löst.
[0003] Da die vom Wandler übertragene Energie gering ist, kann der Auslöser auch nur mit
einer entsprechend geringen Energie vorgespannt werden, und eine geringe Erhöhung
der Adhäsionskräfte an der Ankerberührungsstelle im Luftspalt kann selbst bei kompensiertem
Magnetfluß zu Null zum Haften des Ankers führen, so daß eine Auslösung unterbleibt
und die fehlerhafte Situation im Betriebstromkreis bestehen bleibt.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fehlerstromschutzschalter zu schaffen, bei dem
der Auslöser die Verklinkung des Schaltschlosses sicher löst.
[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches
1 gelöst.
[0006] Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung kann dahin gehen, das Element als einseitig
eingespannten Biegestreifen oder als Scheibenbieger oder als sich linear auslenkenden
Aktuator auszubilden, dessen freies Ende auf die Verklinkungsstelle einwirkt.
[0007] Wenn durch den Stromwandler keine ausreichende Spannung zur direkten Ansteuerung
des Elementes aus elektrostriktivem Material erreicht wird, dann kann der Auslöser
gemäß kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 3 einen vom sekundärseitigen Signal
ansteuerbaren Schalter aufweisen, der sich in einem von einem der Hinleiter zum Element
und von dort zur Erde führenden Leitungszug befindet; wenn das sekundärseitige Signal
auftritt, dann wird der Schalter angesteuert und geschlossen, so daß dem Element Netzspannung
zugeführt wird. Dadurch kann eine ausreichende Betriebsspannung sowie darüberhinaus
auch eine ausreichende Auslenkung des Elementes zur direkten Wirkung auf das Schaltwerk
erzeugt werden, sowie eine ausreichende Kraft zum Öffnen des Schaltwerkes.
[0008] Das piezokeramische Element ist eine Art Kondensator, der zur Auslösung aufgeladen
wird, der aber vor jeder Neubeaufschlagung, also vor jeder Neuauslösung entladen sein
muß. Demgemäß ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß elektrisch parallel zu den elektrischen Anschlußstellen des Elements ein Schaltelement
angeordnet ist, das bereits während des Öffnungsvorganges der Kontaktstellen oder
spätestens während der Einschaltung (Schließen der Kontaktstellen), angetrieben vom
Schaltschloß oder von einem Kupplungselement zwischen dem Schaltschloß und den Kontaktstellen,
schließt und die Anschlußstellen des Elementes wenigstens kurzzeitig kurzschließt.
Danach wird die Entladung dadurch vorgenommen, daß die Anschlußstellen des Elementes
mittels eines Schaltelementes geschlossen werden, was dann erfolgen kann, wenn der
Schalter in Ausschaltstellung geht oder eingeschaltet wird. Das Schaltelement kann
beispielsweise ein Wischkontakt oder dergleichen sein.
[0009] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann dahin gehen, daß der Auslöser
so dimensioniert ist, daß er erst ab einer bestimmten, zulässigen Berührungsspannung
anspricht.
Elektrostriktive Materialien haben den Piezo-Effekt; dabei werden sie ausgelenkt,
wenn eine bestimmte Spannung angelegt wird. Es wird in diesem Zusammenhang auf die
Literaturstelle "Physik in unserer Zeit", 1976, Seite 48 folgende verwiesen, in darauf
hingewiesen wird, daß mit Piezoelementen sog. piezoelektrische Relais herstellbar
sind, bei denen ein streifenförmiges Piezo-Element, an dessen freiem Ende sich Kontakte
befinden, unter der Wirkung einer omega-förmigen Schnappfeder und einer elektrischen
Spannung die Kontaktstücke von einer festen Kontaktstelle zu einer anderen festen
Kontaktstelle und wieder zurückbewegt. Weitere Anwendungen solcher Piezoelemente sind
beispielsweise der US-PS 2 835 761 oder der DE-OS 29 12 734 zu entnehmen.
[0010] Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt
sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen
der Erfindung und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.
[0011] Es zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Darstellung einer ersten Fehlerstromschutzschalteranordnung und
- Figur 2
- eine weitere Ausgestaltung eines Fehlertromschutzschalter in schematischer Darstellung.
[0012] Die Figur 1 zeigt eine Fehlerstromschutzschaltungsanordnung für ein aus einem Hinleiter
L und einem Rückleiter N bestehenden Netz 10. Im Netz 10 befindet sich ein Verbraucher
11, der in einem geerdeten Gehäuse 12 untergebracht ist. Der Hin- und Rückleiter ist
als Primärwicklung durch einen Ringkernwandler 13 geführt, der weiterhin auch eine
Sekundärwicklung 14 besitzt, die mit einem als Piezoelement 15 ausgebildeten Auslöser
verbunden ist.
[0013] Der Auslöser 15 ist in bevorzugter Weise als streifenförmiges Element ausgebildet,
welches gemäß den strichlierten Linien 16 auf ein Schaltschloß 17 einwirkt, so daß
dieses entklinkt wird und in dem Netz befindliche Kontaktstellen 18 und 19 öffnen
kann.
[0014] Wenn aufgrund eines Fehlerstromes I
F in der Sekundärwicklung 14 ein Strom induziert wird, wird der als Aktuator ausgebildete
Auslöser 15 ausgelenkt, das Schaltschloß entklinkt und die Kontaktstellen 18, 19 geöffnet.
[0015] Voraussetzung hierfür ist, daß die Betriebsspannung für den Auslöser 15 ausreicht;
sie muß ca. 50 Volt betragen. Darüberhinaus soll auch die Auslenkung des Auslösers
zur direkten Wirkung auf das Schaltschloß ausreichend groß werden wobei die Kraft
zum Öffnen des Schaltwerkes auch genügt. Zur Anpassung an die erreichbare Aktuatorauslenkung
werden die Schaltwerksdaten wie Verklinkungsweg und Verklinkungskraft optimiert, wobei
ein kleiner Verklinkungsweg und eine höhere Verklinkungskraft erreicht werden muß.
In spezieller Weise ist es sinnvoll, in den Sekundärkreis eine Spannungsverdopplerschaltung
einzusetzen, um zu einer ausreichend hohen Betriebsspannung zu gelangen. Derartige
Spannungsverdopplerschaltungen sind allgemein bekannt.
[0016] Wenn die durch den Wandler erzeugte sekundärseitige Spannung nicht ausreicht, kann
eine Ausführung eingesetzt werden, wie sie in der Figur 2 dargestellt ist. Die Sekundärwicklung
ist dabei mit einem vorzugsweise permanentmagnetisch vorgespannten Relais verbunden.
Von der Netzleitung L (Hinleitung L) führt ein Leitungszug 21 zur Erde, in dem ein
Schalter 22 und ein dem Element 15 entsprechendes Element 23 eingeschaltet ist. Im
Normalfall, wenn kein Fehlerstrom ansteht, ist der Schalter 22 geöffnet. Wenn nun
aufgrund einer Differenz zwischen dem Strom im Hinleiter und Rückleiter an der Sekundärwicklung
14 ein sekundärseitiges Signal ansteht, wird das Relais 20 betätigt und der Schalter
22 geschlossen. Dadurch steht an dem Element 23, der ein Streifen- oder Schiebenbieger
sein kann, Netzspannung an, was in jedem Fall ausreicht, eine geeignete Auslenkung
des Elementes 23 zur Entklinkung des Schaltschlosses 17 zu erzielen. Der Schalter
22 kann auch ein Thyristor sein, dessen Gate am Relais 20 angeschlossen ist.
[0017] Das Piezoelement 15 ist ein Kondensator, der zur Auslösung aufgeladen wird. Nach
jedem Auslenkungsvorgang muß das Piezoelement entladen werden. Die Figur 1 zeigt eine
Anordnung, wie dies erfolgen könnte.
[0018] Das Piezoelement 15 ist mit der Sekundärwicklung 14 über ein Anschlußstellen 30 und
31 verbunden. An den Anschlußstellen 30 und 31 ist ein Entladekreis 32 angeschlossen,
in dem sich ein Schaltelement 33 befindet. Mit anderen Worten: das Schaltelement 33
ist elektrisch parallel zu den Anschlußstellen 30 und 31 geschaltet. Wenn das Schaltschloß
17 entklinkt wird, dann wirkt der Entklinkungsvorgang auch auf das Schaltelement 33,
so daß dieses beim Ausschalten geschlossen wird. Dadurch wird eine Entladung des Piezoelementes
15 bewirkt.
[0019] Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, an dem Schaltelement 17 ein Kuppelelement
vorzusehen, welches das Schaltelement 33 beim Schließen der Kontaktstellen 18, 19,
also beim Einschalten des Fehlerstromschutzschalters, schließt und so eine Entladung
des Piezoelementes 15 bewirkt.
[0020] Der Entladungskreis ist natürlich auch bei dem Piezoelement 23 der Figur 2 vorzusehen.
[0021] Das Piezoelement 23 ist mit einem Ende an Erdpotential angeschlossen. Ein Fehlerstromschutzschalter
wird in einer Installationsanlage auf einer Hutprofilschiene aufgeschnappt; diese
Hutprofilschiene kann als Erdpotential dienen, und da nur das Spannungspotential anliegen
muß, ist ein derart "hochohmiger Anschluß" ausreichend.
1. Fehlerstromschutzschalter mit wenigstens einem Hin- und Rückleiter, die die Primärwicklungen
für einen Summenstromwandler bilden, wobei dessen Sekundärwicklung bei Auftreten eines
Fehlerstromes in den Hin- und Rückleitern ein Signal abgibt, das einen Auslöser ansteuert,
der die Verklinkungsstelle eines Schaltschlosses entklinkt, wodurch in den Hin- und
Rückleitern befindliche Kontaktstellen geöffnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöser ein Element aus einem elektrostriktiven Material aufweist, dessen
eines Ende ortsfest im Schalter festgelegt ist und dessen sich bei einem Signal auslenkendes
anderes Ende auf die Verklinkungsstelle einwirkt.
2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element
ein einseitig eingespannter Biegestreifen oder Scheibenbieger oder ein Sich linear
auslenkender Aktuator ist, dessen freies Ende auf die Verklinkungsstelle einwirkt.
3. Fehlerstromschutzschalter nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Auslöser einen vom sekundärseitigen Signal ansteuerbaren Schalter aufweist,
der sich in einem von einem Hinleiter zum Element und von dort zur Erde führenden
Leitungszug befindet, dergestalt, daß bei Auftreten des sekundärseitigen Signales
der Schalter geschlossen wird und Netzspannung dem Element zuführt.
4. Fehlerstromschutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Auslöser (23) so dimensioniert ist, daß er erst ab einer bestimmten, zulässigen
Berührungsspannung anspricht.