DE3942786B4

DE3942786B4 - Schalter-Betätigungs-Zubehöreinheit

Info

Publication number: DE3942786B4
Application number: DE3942786A
Authority: DE
Inventors: Ronald Richard Plainville Russell
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1988-12-30
Filing date: 1989-12-23
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2009-12-24
Also published as: JP2873029B2; BR8906858A; FR2641411B1; JPH02231917A; US4890184A; FR2641411A1; DE3942786A1; CA1323897C; IT1237878B; IT8922651A0

Abstract

Schalter-Betätigungs-Zubehöreinheit enthaltend
eine elektromagnetische Unterspannungs-Freigabespule (35), der ein Feder-vorgespannter Stössel (36) zugeordnet ist,
eine mit der Freigabespule (35) verbundene Unterspannungs-Steuerschaltung (46), die Mittel zum Unterbrechen des Haltestroms zur Spule enthält und durch die der Stössel (36) in einen Eingriff mit einem Auslösehebel bringbar ist, wenn ein vorbestimmtes Unterspannungssignal von der Unterspannungs-Steuerschaltung empfangen wird, und
eine mit der Unterspannungs-Steuerschaltung (46) zusammenarbeitende Überstrom-Steuerschaltung (47), die Schaltmittel zum Unterbrechen des Haltestroms beim Empfang eines vorbestimmten Überstromsignals in der Überstrom-Steuerschaltung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
der elektromagnetischen Spule (35) eine Freilauf-Diode (D6) parallel geschaltet ist und
ein Festkörperschalter (49) die Unterspannungs-Steuerschaltung (46) und die Überstrom-Steuerschaltung (47) mit der Freigabesspule (35) verbindet zur Ausbildung einer ersten Impedanz für die Freilaufdiode (D6) beim Fehlen des vorbestimmten Überstromsignals und einer zweiten, grösseren Impedanz für die Freilaufdiode (D6) beim Auftreten des vorbestimmten Überstromsignals, wobei die elektromagnetische Spule (35) augenblicklich auf den Empfang des Überstrom-Auslösesignals von der Überstrom-Steuerschaltung (47) anspricht.

Description

Der Trend in der Schalterschutzindustrie geht gegenwärtig in Richtung auf einen vollständigen Schaltungsschutz, der durch den Zusatz einer ergänzenden Schutzeinrichtung zu üblichen Überstrom-Schutzvorrichtungen erreicht wird, beispielsweise Formgehäuse-Schaltern. Die US-PS 4 622 444 beschreibt ein Zubehörglied, das im Feld in einen Schalter eingebaut werden kann, ohne die Innenkomponenten des Schalters zu stören. Dies wird dadurch erreicht, daß die Zubehörteile in eine Aussparung eingebaut werden, die in dem Schaltergehäusedeckel ausgebildet ist.

Ein elektronisches Auslösebetätigungsglied, das in das Schaltergehäuse eingebaut ist, ist in der US-PS 4 679 019 beschrieben. Das Schalterbetätigungsglied spricht auf Auslösesignale an, die durch eine elektronische Auslöseeinheit generiert werden, die vollständig in einem Halbleiterchip enthalten ist, wie es in der US-PS 4 589 052 beschrieben ist. Die Entwicklung eines kombinierten Auslösebetätigungsgliedes für sowohl Überstromschutz als auch Zubehörfunktion ist in der US-PS 4 700 161 beschrieben.

Eine Shunt-Auslösezubehöreinheit gestattet, daß der Schalterbetätigungsmechanismus betätigt wird, um die Schalterkontaktstücke zu trennen, gewöhnlich um eine Auslösefunktion für eine elektrische Steuerung und einen Schutz des elektrischen Systems auszuüben. Eine derartige Shunt-Auslösezubehöreinheit ist in der US-PS 4 786 885 beschrieben. Eine Hilfsschalter-Zubehöreinheit erlaubt es einem Operator, die "EIN"-oder "AUS"-Zustände der Kontaktstücke des Formgehäuseschalters an eine entfernten Stelle durch einen hörbaren Alarm oder eine sichtbare Anzeige zu ermitteln. Eine deratige Hilfsschaltereinheit ist in der US-PS 4 794 356 beschrieben.

Ein Beispiel einer Unterspannungs-Freigabeschaltung ist in der britischen Patentanmeldung 2 033 177A beschrieben. Die dort beschriebene Schaltungsanordnung legt einen großen Anfangsstromimpuls an die Unterspannungs-Freigabespule an, um den Stößel entgegen der Vorspannung einer kräftigen Druckfeder zu bewegen, und verwendet einen Vorschalt-bzw. Ballast-Widerstand, um den Haltestrom für die Unterspannungs-Freigabespule auf einen kleineren Wert zu begrenzen.

Ein Beispiel eines kombinierten Überstrom-Auslösebetätigungsglied und Vielfach-Zubehöreinheit ist in der US-PS 4 788 621 beschrieben, wobei die dort angegebene kombinierte Überstrom-Auslösetätigungs- und Vielfach-Zubehöreinheit eine getrennte Befestigungsaussparung innerhalb des Schaltergehäuses erfordert, um die gedruckte Schaltkarte unterzubringen, die die Zubehörsteuerschaltung trägt. Die Deutsche Patentanmeldung P 39 06 231 A1 gibt eine derartige kombinierte Überstrom-Auslösebetätigungsglied- und Vielfach-Zubehöreinheit an, bei der die gedruckte Schaltkarte und die Betätigungsglied-Zubehöreinheit beide in der gleichen Befestigungsaussparung innerhalb des Schaltergehäuses enthalten sind. Die Deutsche Patentanmeldung P 39 09 576 A1 beschreibt die Verwendung eines Opto-Trenngliedes, das die Überstrom- und Unterspannungsschaltungen verwendet, um eine nachteilige elektrische Wechselwirkung zwischen den Schaltungsanordnungen zu verhindern.

Eine integrierte Schutzeinheit, die einen Überstromschutz zusammen mit einer Hilfszubehörfunktion in einer gemeinsamen Umhüllung aufweist, enthält einen Zubehördeckel für einen Zugang zu den gewählten Zubehörmoduln, um eine Feldinstallation der Zubehörmoduln zu gestatten. Eine kombinierte Betätigungsglied-Zubehöreinheit sorgt für Überstrom- und Unterspannungs-Auslösefunktionen und ist zusammen mit der die Zubehörsteuerschaltung enthaltenden gedruckten Schaltkarte in dem einen Teil des Gehäuses angeordnet. Die Zubehörsteuerschaltung weist einen Festkörperschalter auf, der einen Pfad mit kleiner Impedanz zu der Betätigungsglied-Zubehör-Auslösespule sorgt, während er einen Pfad hoher Impedanz darstellt, wenn ein Überstromzustand auftritt, um eine schnelle Auslösung der Betätigungsglied-Zubehörauslösespule sicherzustellen.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 ist eine perspektivische Draufschicht auf einen integrierten Formgehäuseschalter, gemäß der Stand der Technik eine Auslöseschaltung mit schneller Freigabe gemäß der Erfindung enthält.
2 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Draufsicht auf den integrierten Schalter gemäß 1 vor der Montage der kombinierten Betätigungsglied-Zubehöreinheit.
3 ist ein schematisches Schaltbild der Unterspannungs-Steuerschaltung und der Überstrom-Steuerschaltung, die bei dem in den 1 und 2 gezeigten integrierten Schalter verwendet werden.
4 ist ein genaues Schaltbild der Unterspannungs-Steuerschaltung und der Überstrom-Steuerschaltung gemäß 3.
Der in 1 gezeigte integrierte Schalter 10 enthält ein geformtes Kunststoffgehäuse 11 mit einem geformten Kunststoffdeckel 12, wobei ein Zubehördeckel 13 durch Schrauben 14 an dem Schalterdeckel 12 befestigt ist. Das Schaltergehäuse 11 weist einen darin ausgebildeten Verdrahtungsschlitz 15 auf, um eine externe verbindung mit einem Fernschalter oder -alarm zu gestatten. Ein Schalterbetätigungsgriff 16 erstreckt sich aus einem Zugangsschlitz 17, der in dem Beschriftungsteil 18 des Deckels ausgebildet ist. In den Zubehördeckel ist ein Leistungs-Steckteil 19 eingesetzt, wie es in der US-PS 4 728 914 beschrieben ist. Zwei Zugangstüren 20, 21 sind in dem Zubehördeckel ausgebildet, um für einen Zugang zu der kombinierten Elektromagnet-Betätigungsglied- und Vielfach-Zubehöreinheit 22 zu sorgen, die nachfolgend "Betätigungsglied-Zubehöreinheit" genannten wird und in der Aussparung 23 enthalten ist, die in 2 gezeigt ist. Weiterhin geht aus 2 hervor, daß das Leistungs-Einsteckteil 19 in eine Aussparung 24 eingepaßt ist, die in dem Zubehördeckel 13 ausgebildet ist, nachdem der Zubehördeckel an dem Schalterdeckel durch Schrauben 14, Durchführungslöcher 25 und Gewindeöffnungen 26 befestigt ist. Ein Zugang zu dem Innenraum des Leistungs-Einsteckteils für Kalibrierungszwecke erfolgt durch ein Zugangsloch 27 des Steckteils.
Die Auslöseeinheit für den integrierten Schalter 10 ist in einer gedruckten Schaltkarte 28 enthalten, die in der Aussparung 29 der Auslöseeinheit angeordnet ist. Wenn das Leistungs-Einsteckteil 19 in seine Aussparung eingesetzt ist, ist es mit der gedruckten Schaltkarte durch Stifte 30, die auf der Schaltkarte aufrecht stehen, und Sockel bzw. Fassungen 31 verbunden, die in der Unterseite des Einsteckteils ausgebildet sind. Ein Hilfsschalter 32 ist in der Hilfsschalter-Aussparung 33 angeordnet und ist ähnlich demjenigen, der in der eingangs genannten US-PS 4 794 356 beschrieben ist. Wenn der Hilfsschalter und die gedruckte Schaltkarte der Auslöseeinheit in ihren entsprechenden Aussparungen angebracht sind, wird die Betätigungsglied-Zubehöreinheit 22 in die Aussparung 23 eingebaut. Die Betätigungsglied-Zubehöreinheit enthält ein Gehäuse 34, in dem die Betätigungsglied-Zubehörspule 35 eingeschlossen ist und das ferner einen Stößel 36 und eine nicht gezeigte Stößelfeder enthält, die den Stößel in eine vordere Auslöseposition entgegen der Haltekraft drückt, die durch die erregte Betätigungsglied-Zubehörspule 35 ausgebildet wird. Die Betätigungsglied-Zubehöreinheit ist ähnlich derjenigen, die in der eingangs genannten deutschen Patentanmeldung P 39 06 231 A1 angegeben ist, wonach eine Auslösebetätigungsglied-Sperre 37 an dem Gehäuse 34 schwenkbar angebracht ist. Ein Haken 38, der an dem einen Ende der Auslösebetätigungsglied-Sperre ausgebildet ist, arbeitet mit dem Schalterbetätigungsmechanismus zusammen, wie er in der US-PS 4 700 161 und der deutschen Patentanmeldung 39 09 576 A1 beschrieben ist. Die Arbeitsweise der Betätigungsglied-Zubehöreinheit ist ähnlich derjenigen, die in den US-Patentschriften 4 641 117 und 4 679 019 beschrieben ist.
Die Betätigungsglied-Zubehöreinheit enthält eine gedruckte Schaltkarte 39, die die Komponenten enthält, die zum Betätigen der Betätigungsglied-Zubehörspule 35 erforderlich sind, und sie ist mit zwei Stiften 40, die aufrecht auf der gedruckten Schaltkarte 28 der Auslöseeinheit stehen, durch Verbindungsglieder 41 verbunden, die mit der Betätigungsglied-Zubehör-Schaltkarte verbunden sind. Zwei Drahtleiter 42 verbinden die Betätigungsglied-Zubehöreinheit mit einer Spannungsquelle, wenn ein Unterspannungsschutz gewünscht wird, und ein getrenntes Paar von Drahtleitern 43 stellt eine Verbindung mit einer Spannungsquelle her, wenn eine Shunt-Auslösefunktion gewünscht wird. Die Betätigungsglied-Zubehörspule 35 stellt eine interne Verbindung mit der Betätigungsglied-Zubehör-Schaltkarte 39 durch ein getrenntes Paar von Drahtleitern 44 her, wie es in 2 angegeben ist.
Wenn eine Unterspannungs-Freigabefunktion zusammen mit einem Überstromschutz erforderlich ist, wird die bei 39A in 3 angegebene Schaltungsanordnung in die Betätigungsglied-Zubehör-Schaltkarte 39 eingebaut, die bereits erläutert wurde. Die Betätigungsglied-Zubehörspule 35 ist mit der Schaltungsanordnung 39A durch Leiter 44 und Anschlüsse T5, T6 verbunden und steht mit der entfernten Spannungsquelle durch Leiter 42 und Anschlüsse T₁, T₂ in Verbindung. Die Unterspannungs-Steuerschaltung 46 ist ähnlich derjenigen, die in der US-PS 4 788 621 beschrieben ist, und sorgt für einen Haltestrom auf den Leitern 44 und den Anschlüssen T5, T6 zu der Betätigungsglied-Zubehörspule 35, bis die an den Anschlüssen T₁, T₂ angelegte Spannung auf einen vorbestimmten Wert abfällt, und zu dieser Zeit wird der Haltestrom unterbrochen und die Auslösefunktion wird eingeleitet.
Die Schaltungsanordnung 39A unterscheidet sich von derjenigen, die in der bereits genannten deutschen Patentanmeldung P 39 09 576 A1 vorgeschlagen ist, durch das Einsetzen eines Festkörperschalters 49 in Reihe mit der einen Seite der Betätigungsglied-Zubehörspule 35 und den Leiter 52, der eine Verbindung mit der Unterspannungs-Steuerschaltung 46 herstellt. Der andere Leiter 53 stellt eine direkte Verbindung mit der anderen Seite der Betätigungsglied-Zubehörspule her. Der Festkörperschalter hat die Funktion, eine kleine Impedanz für die Betätigungsglied-Zubehörspule während eines normalen Betriebes auszubilden, aber eine hohe Impedanz darzustellen, wenn der Betätigungsglied-Zubehörspule ein Überstrom-Auslösesignal zugeführt wird. Diese Anordnung vermeidet die Wirkungen der Spuleninduktivität, die anderenfalls eine exponential langsame Freigabe der gespeicherten Energie bewirken würde und ein entsprechend langsames Auslöse-Ansprechverhalten der Betätigungsglied-Zubehörspule zur Folge hätte. Die Überstrom-Auslösefunktion wird durch die Überstrom-Steuerschaltung 47 ausgebildet, die mit der Unterspannungs-Steuerschaltung durch das Opto-Trennglied 48 zusammenarbeitet, das aus der lichtemittierenden Diode D₁, und dem Fototransistor Q1 besteht. Die Überstrom-Steuerschaltung ist mit der Schaltkarte 28 der Auslöseeinheit gemäß 2 durch Anschlüsse T3, T4 verbunden, die die Verbindungsstücke 41 aufweisen und eine Verbindung mit der Schaltkarte der Auslöseeinheit durch die Stifte 40 so herstellen.
Die Arbeitsweise der Unterspannungs-Steuerschaltung 46 und der Überstrom-Steuerschaltung 47 wird aus der detaillierten Schaltungsanordnung 39A gemäß 4 deutlich. Die Unterspannungs-Steuerschaltung 46 schaltet die Betätigungsglied-Zubehörspule 35 ab, die innerhalb der Schaltungsanordnung durch die Anschlüsse T5, T6 verbunden ist, wenn die Spannung über den Anschlüssen T₁, T₂ für eine vorbestimmte Zeit unter einen vorbestimmten Wert abfällt. Eine nicht gezeigte, externe Spannungsquelle wird über Leiter 42 (s. 3) mit den Anschlüssen T1, T2 verbunden, um dadurch einen Strom durch die Strombegrenzungswiderstände R₀, R₁ und den Gleichrichter zuzuführen, der aus Dioden D₂-D₅ besteht. Der eine Ausgang des Gleichrichters ist mit der positiven Sammelleitung 51 und der andere Ausgang des Gleichrichters ist mit der negativen Sammelleitung 50 verbunden. Ein Varistor Z₁ ist den Anschlüssen über den Widerstand R₀ parallel geschaltet, um die Unterspannungs-Steuerschaltung vor Spannungsstößen zu schützen. Die Betätigungsglied-Zubehörspule 35 ist zwischen die positive Sammelleitung und den Drain-Anschluß des Feldeffekt-Transistors FET2 geschaltet, wobei die Source des FET2 mit dem Drain-Anschluß des FET1 verbunden und die Source des FET1 mit der negativen Sammelleitung über eine Diode D₇ und Widerstände R₂, R₉ verbunden ist. Eine Freilauf-Diode D₆ wird verwendet, um einen Rückstrom durch die Betätigungsglied-Zubehörspule zu leiten, wenn FET1 sperrt. Der Ausgangspin 7 eines Komparators 55 ist mit dem Gate des FET1 verbunden, und der Eingangspin 6. des Komparators steht mit der Source des FET1 über den Widerstand R₃ und die Diode D₈ in Verbindung. Der Eingangspin 6 ist mit der negativen Sammelleitung über einen Kondensator C₁ verbunden. Der Eingangspin 5 zum Komparator steht mit dem Mittelpunkt des Testspannungsteilers in Verbindung, der aus Widerständen R₆-R₉ besteht. Eine Zerhackerschaltung, die im wesentlichen aus dem FET1 und dem Komparator 55 besteht, steuert den Strom zu der Betätigungsglied-Zubehörspule 35 in der folgenden Weise. Wenn der FET1 in seinem gesperrten Zustand ist, ist der Eingangspin 5 des Komparators 55 auf eine Spannung von 2 Volt an der Verbindungsstelle der Widerstände R₇ und R₈ gesetzt. Wenn die Spannung über dem Kondensator C₁ kleiner als 2 Volt ist befindet sich der Ausgangspin 7 des Komparators auf "high", wodurch der FET1 durchgeschaltet wird und ein Haltestrom durch die Betätigungsglied-Zubehörspule 35 fließen kann. Wenn FET1 durchgeschaltet ist, entwickelt der Kreisstrom durch die Diode D₇ eine proportionale Spannung über den Widerständen R₂ und R₉. Der Kondensator C₁ lädt sich über die Diode D₈ und den Widerstand R₃ bis auf diese Spannung auf. Die Diode D₇, die mit dem Widerstand R₂ in Reihe geschaltet ist, bildet sowohl eine Spannungsals auch Temperaturkompensation für die Diode D₈, während der Widerstand R₃ eine Kurzzeitverzögerung während des Ladezyklus für den Kondensator C₁ ausbildet, so daß der Komparator 55 nicht vorzeitig sperrt aufgrund des Auftretens einer Stromspitze (Impuls) ahrend einer Erholung in Sperrichtung der Diode D₆. Für gewählte Werte von R₂ und, R₉ bei einem Kreisstrom von 30 Milliampere beträgt die über den Widerständen R₂ und R₉ entwickelte Spannung etwa 3 Volt. Die Spannung über dem Widerstand R₉ addiert sich zu der Spannung über dem Widerstand R₈, um den Eingangspin 5 des Komparators bei etwa 3 Volt vorzuspannen. Wenn der Kreisstrom 30 Milliampere überschreitet, lädt sich der Kondensator C₁ auf mehr als 3 Volt auf, wodurch der Ausgangspin 7 des Komparators in einen "low"-Zustand gebracht und der FET1 gesperrt wird. Wenn FET1 sperrt, kehrt die Spannung am Eingangspin 5 auf den Referenzwert von 2 Volt zurück. Wenn über dem Kondensator C₁ 3 Volt anliegen, kann das Ausgangssignal des Komparators nicht auf "high" gehen, bevor die Spannung über dem Kondensator C₁ auf weniger als 2 Volt abfällt. Der Kondensator C₁ kann sich nur über den Widerstand R₄ entladen, der mit dem Ausgangspin 1 eines zweiten Komparators 54 verbunden ist, der auf "low" ist. Der Wert des Widerstandes R₄ ist so ausgewählt, daß er eine feste Zeitverzögerung für den Kondensator C₁ ausbildet, um auf 2 Volt abzufallen, wodurch eine feste Aus-Zeit für den FET1 ausgebildet wird. Der Kreisstrom durch die Betätigungsglied-Zubehörspule wird so ausgelegt, daß er bei etwa 30 Milliampere ausschaltet. Die Diode T₆ leitet dann die Energie, die in der Induktivität der Betätigungsglied-Zubehörspule gespeichert ist, um den Strom auf einem ausreichend hohen Wert zu halten, um zu verhindern, daß der in Verbindung mit 2 geschriebene Stößel 36 in Vorwärtsrichtung angetrieben wird. Der Kreisstrom durch die Betätigungsglied-Zubehörspule fällt auf etwa 20 Milliampere ab nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung, die durch die Induktivitäts- und Widerstandseigenschaften der Betätigungsglied-Zubehörspule bestimmt ist. Der Festkörperschalter 49 besteht aus dem FET2, einem Widerstand R16, einem Kondensator C₆ und einer Zenerdiode D₁₂. Der Kollektor des Fototransistors Q₁ innerhalb des Opto-Trenngliedes 48 in der Überstrom-Steuerschaltung 47 ist direkt mit dem Gate des FET2 und mit der Drain des FET2 über den Widerstand R₁₆ verbunden. Der Kondensator C₅ ist ein HF Nebenschluß-Filter für den Transistor Q1, während der Widerstand R₁₅ für eine Rauschunterdrückung sorgt. Der bereits beschriebene Festkörperschalter gestattet, daß die Betätigungsglied-Zubehörspule schnell auf ein Auslösesignal anspricht, das innerhalb der Überstrom-Steuerschaltung 47, indem ein vorbestimmtes Auslösesignal an die Fotodiode D₁ mittels der Anschlüsse T₃, T₄ über den Strombegrenzungswiderstand R₁₄ angelegt wird, oder innerhalb der Unterspannungs-Steuerschaltung 46 generiert wird indem ein Pfad geringer Impedanz für die Freilauf-Diode D₆ dargestellt wird, bis ein Überstrom-Auslösesignal die Gate-Source-Anschlüsse des FET2 festhält (klemmt), der dann als eine hohe Impedanz für die Diode D₆ erscheint, wodurch die Betätigungsglied-Zubehörspule unmittelbar ansprechen kann. Wenn eine Spannung oberhalb eines vorbestimmten Wertes an die Anschlüsse T₁, T₂ angelegt wird, spannt die über dem FET2 entwickelte Vorwärtsspannung das Gate in Leitrichtung über den Widerstand R₁₆ vor. Die Zenerdiode D₁₆ hält die Gate-Source-Spannung fest, um den FET2 vor Umschaltungen bei transienten Vorgängen zu schützen, während der Kondensator C₆ ein Hochfrequenz-Nebenschlußfilter bildet. Die Unterspannungs-Steuerschaltung 46 ist ebenfalls mit dem Festkörperschalter 49 verbunden, indem die Drain des FET1 mit der Anode der Freilauf-Diode D₆ und der Source des FET2 ver bunden ist. Die Spannungsregelwirkung der Unterspannungs-Steuerschaltung arbeitet in der Weise, die in der eingangs genannten deutschen Patentanmeldung P 39 09 576 A1 beschrieben ist, wobei der Widerstand R₄ so gewählt ist, daß sich der Kondensator C₁ von 3 Volt auf 2 Volt in der gleichen vorbestimmten Zeitverzögerung entlädt, wenn kein Auslösesignal zur Betätigungsglied-Zubehörspule vorhanden ist. Nach der vorbestimmten Zeitverzögerung geht der Ausgangspin 7 des Komparators 55 auf "high", wodurch der gerade beschriebene Vorgang sich selbst wiederholt. Wenn die an die Anschlüsse T₁, T₂ angelegte Spannung zu irgendeiner Zeit unter einen vorbestimmten Wert abfallen sollte, geht der Ausgangspin 1 des zweiten Komparators 54 auf "high", wodurch der Kondensator C₁ auf die positive Schienenspannung des zweiten Komparators aufgeladen wird, die ihrerseits den Ausgangspin 7 des Komparator 55 auf "low" drückt, um den FET1 zu sperren. Der Kondensator C₇ sorgt für einen HF Nebenschluß zum Komparator. Wenn die Spannung über den Anschlüssen T₁, T₂ ansteigt, ist der Ausgangspin 1 des zweiten Komparators 54 auf "low", wodurch sich der Kondensator C₁ über den Widerstand R₄ entlädt. Sobald die Spannung über dem Kondensator C₁ auf 2 Volt abfällt, schaltet der FET1 durch und der vorstehend beschriebene Vorgang wiederholt sich. Die Widerstände R₁₀, R₁₁, die die positiven und negativen Sammelleitungen 51, 52 miteinander verbinden, in Verbindung mit dem zweiten Kondensator C₂, der mit dem Widerstand R₁₁ und über den Widerstand R₅ mit dem Eingangspin 2 des zweiten Komparators 54 verbunden ist, bilden eine einfache Schaltung, die eine etwa konstante Ausgangsspannung über dem Kondensator C₂ erzeugt. Der Spannungswert über dem Kondensator C₂ bestimmt den Spannungswert, oberhalb dessen der Kreisstrom der Betätigungsglied-Zubehörspule 35 zugeführt wird, wobei dieser Wert hier als der "Aufnahme"-Wert bezeichnet wird, und unterhalb dessen der Strom zur Betätigungsglied-Zubehörspule unterbrochen wird, wobei dieser Strom hier als der "Abfall"-Wert bezeichnet wird. Im Betrieb wird die Mittelspannung, die über dem Kondensator C₂ ausgebildet wird, an den Eingangspin 2 des zweiten Komparators 54 über einen Strombegrenzungswider stand R₅ zugeführt. Der Strombegrenzungswiderstand R₅ begrenzt den Strom in den Eingangspin 2, wenn die Spannung über dem Kondensator C₂ die positive Schienenspannung überschreitet, die an den zweiten Komparator 54 angelegt ist. Der Eingangspin 2 des zweiten Komparators 54 ist auf etwa 7 Volt gesetzt durch den Referenzspannungsteiler R₆-R₉, der die Spannung bestimmt, die an dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R₆ und R₇ auftritt. Wenn die Spannung über dem Kondensator C₂ unter 7 Volt ist, geht der Ausgangspin 1 des zweiten Komparators 54 auf "high", wodurch der erste Komparator 55 den Strom zur Betätigungs-Zubehörspule unterbricht. Wenn umgekehrt die Spannung über dem Kondensator C₂ größer als 7 Volt ist, ist der Ausgangspin 1 des zweiten Komparators auf "low", wodurch der Komparator 55 eine Durchschaltspannung an die Gate-Elektrode des FET1 anlegen kann, der der Betätigungsglied-Zubehörspule Strom zuführt. Der Widerstand R₁₂, die Zenerdiode D₉, der Transistor Q₂ und der Kondensator C₃ dienen dazu, die Spannung an dem Emitter des FET3 in der folgenden Weise zu regeln bzw. zu stabilisieren. Der Widerstand R₁₂ und die Zenerdiode D₉ bilden eine Differenzspannung für die Basis des Transistors Q₂, der seinerseits eine geregelte Ausgangsspannung an den Emitter des Transistors Q₂ liefert, die über den Widerstand R₆ an den Eingangspin 3 des zweiten Komparators 54 angelegt ist. Der Widerstand R₁₂ und der Kollektor des Transistors Q₂ sind mit der einen Seite eines Speicherkondensators C₄ verbunden. Die Unterspannungs-Steuerschaltung 46 erfordert einen relativ niedrigen stationären Strom, in der Größenordnung von 1 Milliampere, um den Betrieb der diskreten elektronischen Vorrichtungen, wie beispielsweise den FET1, den Komparatoren 54, 55 und dem Transistor Q₂, beizubehalten. Ein größerer Strom, in der Größenordnung von 30 Milliampere, wird der Betätigungsglied-Zubehörspule zugeführt, um einen ausreichenden Magnetfluß zu erzeugen, um den in 2 gezeigten Stößel 36 festzuhalten. Der Strom von etwa 30 Milliampere zur Betätigungsglied-Zubehörspule muß beibehalten werden, während die an die Anschlüsse T₁, T₂ angelegte Wechselspannung bei jeder Halbwelle durch null läuft. Dies wird durch die Zusammenschaltung des FET3 mit dem Widerstand R₁₃ und dem Speicherkondensator C₄ erreicht. Der Widerstand R₁₃ in Reihe mit der Zenerdiode D₁₀ bildet eine Gate-Differenzspannung von 33 Volt an der Drain-Elektrode des FET3, wodurch ein Ladewert von 30 Volt für den Speicherkondensator C₄ gebildet wird. Wenn der Kondensator C₄ eine kleinere Spannung als 30 Volt hat und die an die Anschlüsse T₁, T₂ angelegte Wechselspannung größer als 30 Volt ist, ist die Gate-Elektrode des FET3 positiv in Bezug auf die Source-Elektrode, so daß der FET3 dem Speicherkondensator C₄ einen Ladestrom zuführt. Wenn sich die Spannung des Kondensators C₄ 30 Volt nähert, sperrt der FET3, um die niedrigen stationären Stromerfordernisse zu liefern, wie es bereits beschrieben wurde. Demzufolge schützt die Zenerdiode D₁₁ das Gate des FET3 vor Überspannungszuständen, falls die Wechselspannung an die Anschlüsse T₁, T₂ angelegt wird, wenn der Kondensator C₄ vollständig entladen ist. Wenn der Kondensator C₄ vollständig aufgeladen ist, würden hohe Umgebungstemperaturen anderenfalls einen Leckstrom im FET3 bewirken, um den Kondensator weiter über den Nennwert des Kondensators hinaus aufzuladen. Die Zenerdiode D₁₁ hat die Funktion, die an den Speicherkondensator C₄ angelegte Spannung auf eine Dioden-Spannung oberhalb der Spannung der Zenerdiode D₁₀ zu begrenzen. Die Zenerdiode D₁₁ liefert demzufolge eine negative Spannung an die Gate-Elektrode des FET3, um den Leckstrom des FET3 zu verkleinern und dadurch den Speicherkondensator C₄ vor einer überhöhten Spannung zu schützen. Wie bereits beschrieben wurde, liefert der Speicherkondensator C₄ auch Energie an die Betätigungsglied-Zubehörspule, wenn die an die Anschlüsse T₁, T₂ angelegte Spannung unter 30 Volt abfällt. Der Entladepfad für den Speicherkondensator C₄ weist die interne Source-Drain-Diode des FET3, die Betätigungsglied-Zubehörspule 35, den FET2, den FET1, die Diode D₇ und die Widerstände R₂, R₉ auf.
Wie in der eingangs genannten US-PS 4 788 621 beschrieben ist, wird die Unterspannungs-Steuerschaltung 46 gegenüber konventionellen RC Energiespeicherschaltungen bevorzugt aufgrund ihres ge ringen Leistungs aufnahme bei hohen Eingangsspannungen, was die vorteilhafte Verwendung von Speicherkondensatoren mit kleinerer Größe und kleinerer Nennleistung gestattet. Die kleinere Leistungs aufnahme wird durch den FET3 in dem Stromkreis mit dem Speicherkondensator C₄ erreicht, wodurch der Kondensator C₄ durch den FET3 nur während des ansteigenden Teils der Kurve der an die Eingangsanschlüsse T₁, T₂ angelegten Wechselspannung aufgeladen wird, typisch zwischen 30 bis 80 Volt. Der FET3 bleibt gesperrt, bis die Spannung wieder auf weniger als 30 Volt abfällt. Da die Spitzenspannung, die über den Eingangsanschlüssen T₁, T₂ erscheint, 350 Volt überschreiten kann, wird deutlich, daß die Aufladung des Speicherkondensators C₄ auf den kleineren Spannungspegel ein wichtiges Merkmal ist für die Erzielung dem kleinen Leistungsaufnahme.
Die Verwendung des Festkörperschalters 49 zur Steuerung der Impedanzstände, die für die Freilauf-Diode D₆ dargestellt werden ist eine wichtige Überlegung, wenn die zu schützende Schaltungsanordnung so bald wie möglich unterbrochen werden muß, um eine Beschädigung der empfindlichen zugeordneten elektrischen Schaltungsteile beim Auftreten eines Überströmzustandes zu verhindern. Die Ausbildung eines Pfades kleines Impedanz zur Freilaufdiode während des normalen Betriebs und eines Pfades hoher Impedanz während eines Überstromzustandes stellt ein augenblickliches Auslöseverhalten sicher, sobald das entsprechende Überstrom-Auslösesignal zugeführt wird.

Claims

Schalter-Betätigungs-Zubehöreinheit enthaltend eine elektromagnetische Unterspannungs-Freigabespule (35), der ein Feder-vorgespannter Stössel (36) zugeordnet ist, eine mit der Freigabespule (35) verbundene Unterspannungs-Steuerschaltung (46), die Mittel zum Unterbrechen des Haltestroms zur Spule enthält und durch die der Stössel (36) in einen Eingriff mit einem Auslösehebel bringbar ist, wenn ein vorbestimmtes Unterspannungssignal von der Unterspannungs-Steuerschaltung empfangen wird, und eine mit der Unterspannungs-Steuerschaltung (46) zusammenarbeitende Überstrom-Steuerschaltung (47), die Schaltmittel zum Unterbrechen des Haltestroms beim Empfang eines vorbestimmten Überstromsignals in der Überstrom-Steuerschaltung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetischen Spule (35) eine Freilauf-Diode (D6) parallel geschaltet ist und ein Festkörperschalter (49) die Unterspannungs-Steuerschaltung (46) und die Überstrom-Steuerschaltung (47) mit der Freigabesspule (35) verbindet zur Ausbildung einer ersten Impedanz für die Freilaufdiode (D6) beim Fehlen des vorbestimmten Überstromsignals und einer zweiten, grösseren Impedanz für die Freilaufdiode (D6) beim Auftreten des vorbestimmten Überstromsignals, wobei die elektromagnetische Spule (35) augenblicklich auf den Empfang des Überstrom-Auslösesignals von der Überstrom-Steuerschaltung (47) anspricht.
Zubehöreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörperschalter (49) einen Feldeffekt-Transistor (FET2) aufweist, der mit der einen Seite der elektromagnetischen Spule verbunden ist.
Zubehöreinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Gate und der Source der Feldeffekt-Transistors Schaltungsmittel zum Begrenzen der Gate-Source-Spannung geschaltet sind.
Zubehöreinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gate und der Source Hochfrequenz-Nebenschluß-Schaltungsmittel paralell geschaltet sind.
Zubehöreinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Gate-Source-Spannung begrenzenden Schaltungsmittel eine Zenerdiode (D12) aufweisen.
Zubehöreinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenz-Nebenschluß-Schaltungsmittel einen Kondensator (C6) aufweisen.
Zubehöreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überstrom-Steuerschaltung (47) mit der Unterspannungs-Steuerschaltung (46) über ein Opto-Trennglied (48) zusammenarbeitet.
Zubehöreinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Opto-Trennglied (48) einen Fototransistor (Q1), der mit der Unterspannungs-Steuerschaltung über einen ersten Transistor-Schalter verbunden ist, und eine Fotodiode (D1) aufweist, die mit einem ersten Eingangsanschlußpaar verbunden ist zum Empfangen des vorbestimmten Überstromsignals.
Zubehöreinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterspannungs-Steuerschaltung (46) einen ersten Komparator (55) aufweist, der mit der elektromagnetischen Spule (35) und dem Feldeffekt-Transistor (FET2) über einen zweiten Feldeffekt-Transistor (FET1) verbunden ist.
Zubehöreinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Feldeffekt-Transistor (FET3) mit dem ersten Komparator (55) über einen zweiten Komparator (54) und einen Transistorschalter (Q2) verbunden ist.
Zubehöreinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Fototransistors (Q1) mit dem Gate des Feldeffekt-Transistors (FET2) und ein Emitter auf dem Fototransistor (Q1) mit einer Source des Feldeffekt-Transistors (FET2) verbunden sind.
Zubehöreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freilauf-Diode (D6) an ihrer Kathode mit der einen Seite der elektromagnetischen Spule und an ihrer Anode mit der Source des Feldeffekt-Transistors (FET2) verbunden ist.