DE459313C - Sicherheitsschaltung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
S. MAI 1928

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 c GRUPPE

Calor Elektrizitäts-Akt.-Ges. in Duisburg*).

Sicherheitsseil altun g. Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. Dezember 1924 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsschaltung, welche die Einschaltung des Verbrauchers nur bei Überschreitung eines bestimmten Widerstandes zuläßt, indem ein neben dem Hauptschalter angeordneter Prüfschalter von ersterem derart in Abhängigkeit gebracht ist, daß zum Einschalten des Verbrauchers zunächst der Prüf schalter eingelegt werden muß und erst nach Überschreitung eines bestimmten Widerstandswertes der Verbraucherstromkreis durch den Hauptschalter eingelegt werden kann, worauf der Prüfstromkreis selbsttätig· wieder unterbrochen wird.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die durch Einlegung des Prüfschalters beeinflußte Schaltspule nach Einlegung des Hauptschalters trotz Wiederöffnung des Prüfschalters als Nullspannungsspule eingeschaltet bleibt. Zu diesem Zweck ist vorteilhaft die Schaltspule einerseits als Spannungsbzw. Nullspannungsspule dauernd über einem Widerstand mit dem Netz verbunden und anderseits während des Prüfvorganges gleichzeitig zum Verbraucherstromkreis parallel geschaltet.

Infolge dieser Anordnung zeichnet sich die neue Schaltung durch größte Einfachheit und Wirtschaftlichkeit aus, insbesondere kann sie bei bereits bestehenden Anlagen ohne große Kosten und Mühen leicht nachträglich angebracht werden.

Zur Erzielung einer besonders einfachen Ausführungsform empfiehlt es sich, den Hauptschalter und den Prüfschalter zwangläufig miteinander zu kuppeln, und zwar vorzugsweise derart, daß der Hauptschalter mit Hilfskontakten für den Prüfstrom versehen wird, welche während der Bewegung des Hauptschalters nur vorübergehend Kontakt bilden und in den beiden Endstellungen des Hauptschalters unterbrochen sind. Um dabei genügend Zeit für die Widerstandsmessung zu gewinnen, kann zweckmäßig die Einschaltbewegung während der ersten Stufe durch eine Verzögerungseinrichtung zwangsweise verlangsamt werden, während die Sicherung gegen Einschaltung bei unrichtigem Widerstand des Verbrauchers durch Auslösen einer auf beide Schalter gemeinsam einwirkenden Mitnehmerklinke erfolgt. Da jedoch bei Nullspannungsmagneten ziemliche Kraftleistungen mit dem herabfallenden Anker erzielt werden müssen, um das Klinkwerk zu betätigen, und bekanntlich bei derartigen Magneten ein großer Unterschied zwischen Haltestrom und Abzugstrom besteht, so würde in vielen Fällen die Widerstandsmessung nicht genau genug ausfallen. Es wird daher zweckmäßig zur Widerstandsmessung eine besonder-e Prüfspule mit Schwebeanker benutzt, durch den bei Unterschreitung einer bestimmten Prüfstromstärke

*) Von dein Palentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Otto Dreyer in Duisburg.

die gleichzeitig als Nullspannungsauslöser wirkende Betätigungsspule kurzgeschlossen und dadurch die Verklinkung ausgelöst wird. Auf diese Weise läßt sich eine außerordent-Hch genaue und empfindliche Widerstandsmessung erzielen, welche die Wiedereinschaltung von der Überschreitung eines vorher genau festgelegten Widerstandswertes abhängig macht. Dieser Widerstandswert kann ίο dabei zweckmäßig so eingestellt werden, wie es der Leistung des Schalters für den zugehörigen Verbraucherstromkreis entspricht.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht, und zwar zeigen:

Abb. ι bis 3 die Schaltung für Gleichstrom mit als Nullspannungsspule und Prüfspule ausgebildeter Auslösespule bei den verschiedenen Schalterstellungen,

Abb. 4 eine entsprechende Schaltung für Drehstrom,

Abb. 5 eine Schaltung für Gleichstrom mit besonderer Prüfspule zur Erzielung einer höheren Empfindlichkeit,

Abb. 6 eine entsprechende Schaltung für Drehstrom,

Abb. 7 eine Schaltung für Gleichstrom mit auf Wärmewirkung beruhender Prüfeinrichtung,

Abb. 8 einen entsprechenden Schalter für Drehstrom,

Abb. 9 und 10 die Anwendung der Erfindung für den Umbau vorhandener Schalteinrichtungen mit Nullspannungsauslösung, und zwar sowohl ohne als auch mit Benutzung einer besonderen Prüfspule.

Bei dem in Abb. 1 dargestellten Beispiel ist ι der Verbraucher, und 2,2 sind die Messer des zugehörigen Hauptschalters, weleher in bekannter Weise durch einen Handhebel 3 unter Vermittlung einer auslösbaren Klinke 4 und Rastenscheibe 5 zur Einschaltung gebracht werden kann. Die Klinke 4 steht unter Kontrolle eines Auslösemagneten 6, dessen Spule 7 über die Leitung 8, 8 und Vorschaltwiderstände 9,9 an das Leitungsnetz 10, 10 angeschlossen ist. Der Magneto und dessen Spule 7 wirken infolgedessen in bekannter Weise als Nullspannungsauslöser, indem beim Fortbleiben der Netzspannung der Anker 11, wie aus Abb. 2 ersichtlich ist, abfällt und die Auslösung der Klinke 4 sowie damit die selbsttätige Abschaltung des Verbrauchers bewirkt. Die Messer 2 des Hauptschalters sind nach rückwärts zu Hilfsmessern 12 verlängert, welche je mit einem Prüf kontakt 14 zusammenwirken, die ihrerseits an die Enden der Spule 7 angeschlossen sind. Diese Prüfkontakte sind so angeordnet, daß zu Beginn der Einschaltbewegung des Hauptschalters, aber bevor die Messer 2, 2 die Kontakte 15, 15 des Leitungsnetzes erreichen, der Vertraucherstromkreis, wie aus Abb. 2 ersichtlich, über die Prüf kontakte 15, 15 an die Enden der Spule 7 und dadurch unter Spannung gelegt werden. Ist nun der Widerstand des Verbraucherstromkreises zu gering, beispielsweise weil vergessen wurde, den Anlasser 17 auszuschalten (vgl. Abb. 2), so wird dadurch die Spule 7 im wesentlichen kurzgeschlossen, der Anker n fällt, wie ebenfalls in Abb. 2 dargestellt ist, ab und bewirkt durch Lösen der Klinke 4 das Zurückfallen der Schaltmesser 2 in die in Abb. 1 dargestellte Ausschaltstellung. Dadurch wird zugleich der Prüfstromkreis selbsttätig wieder unterbrochen, so daß der Verbraucherkreis spannungslos ist.

' Wird der Fehler im Verbraucherstromkreis beseitigt, d. h. der Anlasser 17 in die Nullstellung gebracht und nun aufs neue die Einlegung des Hauptschalters versucht, so wird wieder bei der ersten Schaltstufe (Abb. 2) der Verbraucherstromkreis über die Kontakte 14 an die Prüfspannung angeschlossen. Hat dabei der Widerstand des Verbraucher-Stromkreises keinen unzulässig kleinen Wert mehr, so erfolgt die Schwächung der Auslösespule nur in einem solchen Maße, daß der Auslöseanker 11 trotzdem festgehalten bleibt. Ein Auslösen der Klinke 4 findet deshalb nicht statt, und die Messer 2 des Hauptschalters können ungehindert auf die Kontakte 15 des Leitungsnetzes geschaltet werden (Abb. 3). Gleichzeitig wird in dieser Endstellung, wie aus Abb. 3 ersichtlich ist, die Verbindung der Hilfsmesser 12 mit den Prüf kontakten 14 unterbrochen, und die Spule wirkt als gewöhnliche Nullspannungsspule weiter.

Durch eine einfache Bewegung des Handhebeis 3 erfolgt also in zwei Stufen zunächst die Einschaltung' des Prüfstroirikreises und bei zulässigem Widerstandswert des Verbrauchers dann die Einlegung des Hauptschalters, wobei zugleich der Prüfstromkreis wieder unterbrochen wird. Besitzt der Verbraucherstromkreis dagegen; einen unzulässigen Widerstand, so fallen Hauptschalter und Prüfschalter gemeinsam und selbsttätig in die Ausschaltstelhinig zurück, bevor die Hauptkontakte 15 erreicht werden, und der Verbraucherstromkreis ist wieder spannungslos. Zweckmäßigerweise wird dem Schalter eine große Hubbewegung gegeben, damit auch bei schnellem Einschalten genügend Zeit verbleibt, um die Messung ausführen zu können und um dein Anker Gelegenheit zu geben, im rechtzeitigen Moment abzufallen. Gegebenenfalls können elektrische oder auch mechanische Sperrungen, z. B. Öldruckkolben, zwischengeschaltet werden, die eine gewisse Verlangsamung· des Einschaltvorganges bis zur Be-

rührung mit den Gegenkontakten bewirken. Grundsätzlich ist zu beachten, daß der Nullspannungsmagnet seine normalen Funktionen als Nullspannungsauslöser im vollen Umfange beibehält, so daß also auch bei Ausbleiben der Spannung eine Auslösung des Schalters in der üblichen Weise eintritt, bzw. es kann eine Wiedereinschaltung nicht erfolgen, solange die Spannung nicht zurückgekehrt ist. Durch die ίο gleichzeitige Verwendung der Nullspannungsspule für die Nullauslösung und für die Schaltwächterbetätigung wird eine außerordentliche Ersparnis im Aufbau des Schalters erzielt, da die ganze Anordnung nur ein Mehr für die beiden Hilfsmesser und Gegenkontakte erfordert und daher auch bei vorhandenen Anlagen leicht nachträglich eingebaut werden kann.

Abb. 4 zeigt die Anwendung einer im wesentlichen gleichen Schutzvorrichtung für Drehstromanlagen, dabei ist der Prüfschalter 20 aber abweichend von dem erläuterten Beispiel getrennt vom Hauptschalter 2 angeordnet und durch ein besonderes Kupplungsgestänge 21, 22 mit der Mitnehmerklinke 4 verbunden. Der Prüfschalter 20 ist seinerseits als Stufenschalter ausgebildet, so daß bei seiner als Vorstufe zur Einlegung des Hauptschalters erfolgenden Bewegung je zwei Phasen nacheinander an die Prüfspannung angeschlossen werden und erst, nachdem sich alle drei Phasen als einwandfrei erwiesen haben, die Einlegung des Hauptschalters 2 erfolgen kann.

Ist zwischen zwei Phasen aus irgendeinem Grunde ein unzulässiger Widerstandswert vorhanden, so wird infolge der Steigerung des Prüfstromes die Spannung an den Klemmen der Auslösespule 7 so weit herabgedruckt, daß der Anker 11 abfällt und beim Ausschwingen nach rechts durch Auslösen der Klinke 4 die Kupplung mit dem Hauptschalter löst. Infolgedessen fallen die Messer 2 des Hauptschalters in die Ausschaltstellung zurück, noch bevor sie die Kontakte 15 erreicht haben. Neben dem Auslösemagneten ist noch eine Signalleitung 23 vorgesehen, deren Schalthebel 24 im Bereich des Auslöseankers 11 liegt und bei dessen Ansprechen gego schlossen wird. Dadurch wird es ermöglicht, zu erkennen, zwischen welchen beiden Phasen die etwaige Störung liegt.

Auch in diesem Falle dient die Prüf- und Auslösespule 7 gleichzeitig zur Nullspannungsauslösung. Um den zulässigen Widerstand des Verbraucherstromkreises dabei in das richtige Verhältnis zum Widerstand der Auslösespule bringen zu können, ist in dem parallel zur Spule liegenden Prüfstromkreis noch ein Regulierwiderstand 25 eingeschaltet. Trotz Einbau eines solchen Regulierwiderstandes ist die hierdurch erzielbare Genauigkeit und Empfindlichkeit der Widerstandsmessung für viele Fälle nicht ausreichend, weil zwischen dem .Anzugstrom und dem Haltestrom des Auslösemagneten ein zu großer Unterschied besteht und deshalb der Widerstandswert, der als Nebenschluß für die Auslösespule während der Prüfung in Frage kommt, vom Kurzschlußwert bis zu einem verhältnismäßiig hohen Ohmwert heraufgesetzt werden kann, bevor ein Abfallen des Ankers erfolgt, mit anderen Worten: der Schalter läßt sich auch dann noch nicht einschalten, wenn verhältnismäßig schwache Ströme infolge des verhältnismäßig hohen Widerstandes in der Anlage während der Prüfung fließen. Praktisch bedeutet das, daß man den Schalter auch auf verhältnismäßig große Widerstände in der Anlage nicht einschalten kann, obwohl die Schalterbauart und die Bemessung des Schalters nach Stromstärke dieses ohne weiteres zuläßt.

Um diesem Übelstand abzuhelfen, empfiehlt es sich, die Schaltung in der in Abb. 5 für Gleichstrom und in, Abb. 6 für Drehstrom dargestellten Weise abzuändern. Diese Abänderung besteht im wesentlichen darin, daß zur Prüfung nicht die Auslösespule 7, sondern eine besondere Prüfspule 30 vorgesehen ist. Wie aus Abb. 5 ersichtlich, liegt die Prüfspule 30 in Serie mit der Auslösespule 7; sie wird für einen geringeren Ohmwert als die Auslösespule bemessen. Die Einrichtung ist ohne geschlossenes Eisensystem gebaut und enthält im Innern der Spule einen leicht gebauten Eisenanker, der im Ruhezustand in der Spule schwebt. Während bei den früheren Schaltungen der Verbraucherstromkreis unmittelbar, d. h. parallel an die Auslösespule χ_Οο angeschlossen war, erfolgt nunmehr die Einschaltung in der Prüf stellung parallel zu der empfindlicher gebauten Prüfspule 30, wobei ein Regulierwiderstand 25 in diesen Stromkreis eingeschaltet ist. Der Anker der Prüfspule befindet sich, wie aus der Zeichnung ersichtlich, für gewöhnlich im Schwebezustand, es liegt also eine Ruhestromschaltung vor. Beim Herabfallen des Ankers, das mit einem verhältnismäßig geringen Hub erfolgt, ver- n_o mag der Anker einen Kurzschlußkontakt 31 zu schließen, der die Auslösespule vollständig kurzschließt, so daß nunmehr der Anker der Auslösespule abfällt und die Verklinkung des Einschaltschlosses unmöglich macht. Durch n₅ das Kurzschließen der Nullspannungsspule 7 wird, wie bereits erwähnt, die Einschaltung des Hauptschalters unmöglich gemacht. Beim Zurückkehren des Hauptschalters in die Ausschaltstellung findet zugleich eine Wiederöffnung des Meßstromkreises statt, so daß nunmehr bei noch abgefallenem Anker der

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Prüfspule 30, also kurzgeschlossener NuE-spannungsspule, ein etwas erhöhter Strom in der Ruhestromleitung fließt und mit diesem erhöhten Strom nunmehr der Anker wieder in die Prüfspule hineingezogen wird, wo er auch bei dem infolge Wiedereinschaltung der Nullspannungsspule geringen. Strom schweben bleibt. Der für den nächsten Prüfvorgang bei erneutem Einschalten des Schalters notwendige Betriebszustand wird also selbsttätig wiederhergestellt.

Wie leicht ersichtlich, kann eine solche Prüfeinrichtung in viel höherem Maße empfindlich gemacht werden, als wenn zur Prüfung die Auslösespule benutzt wird, mit deren Hilfe mechanische Kräfte ausgelöst werden können.

Eine besonders empfindliche Einstellung wird dadurch ermöglicht, daß, wie aus Abb. 5 ersichtlich ist, die Prüfspule im Nebenschluß zu dem zu messenden Verbraucherstromkreis und einem damit in Serie geschalteten Regulierwiderstand 25 liegt. Einer bestimmten Schaltergröße entspricht natürlich stets ein Widerstandswert in der Strömverbraucheranlage, der für die Schalterleistung als zulässig in Frage kommt. Durch die Zwischenschaltung des Regulierwiderstandes läßt sich nun der gesamte Nebenschluß (Regulierwiderstand plus Widerstand des Stromverbrauchers) so wählen, daß im Verhältnis zu dem Widerstandswert der Prüfspule die günstigsten Verhältnisse entstehen. Würde man ohne Zwischenschaltung des Regulierwider-Standes den Stromverbraucher bei größeren Leistungen und Schaltern unmittelbar in der Prüfstellung an die Prüfspule legen, so bedeutete dieses praktisch in den meisten Fällen einen Kurzschluß der Spulen, und es würden dann die gleichen, weniger günstigen Verhält-' nisse geschaffen, wie dieses ohne die Zwischenschaltung der Prüfspule der Fall ist. Die durch die Schaltung nach Abb. 5 erzielbare Genauigkeit soll durch folgendes Beispiel eines praktischen Versuches erläutert werden:

Bei einer Spannung von 220 Volt sind

zwei Vors chartwiderstände 9,9 von etwa je 300 Ohm angeschlossen. Die Auslösespule

besitzt etwa 50 Ohm, während die Prüfspule 30 etwa 25 Ohm aufweist. Der Regulierwiderstand 25 des Nebenschlusses zur Prüfspule wurde bei 15,2 Ohm eingestellt. Die Empfindlichkeit der Schaltung war nun derartig groß, daß· bei einem Netizwiderstand von 0,063 Ohm ein Schweben des Ankers der Prüfspule noch stattfand, während bereits bei einem Herabgehen des Wi der stands wertes auf 0,057 Ohm das Auslösen, d. h. das Herabfallen des Schwebeankers, Kurzschließen der Auslösespule und Abfallen des Auslöseankers erfolgte. Der Haltestrom für die Prüfschalj lung betrug etwa 0,35 Amp. Durch Ausschal-■ ten des Schalters und Aufhebung des Nebenschlusses sprang der Schalter bei 0,38 Amp. wieder an, wodurch der Kurzschluß der Auslösespule kurzzeitig' wieder aufgehoben wurde, um bei erneutem Einschaltversuch nochmals das Einschalten zu verhindern, wenn nicht inzwischen eine Erhöhung des Widerstandswertes eingetreten war. Da ein Widerstandswert von 0,057 Ohm einer Stromstärke von rund 3850 Amp. entspricht, während bei 0,063 Ohm etwa 3500 Amp. bei 220 Volt auftreten würden, so bedeutet dieses, daß es wohl möglich ist, den Schalter, der etwa für 3500 Amp. bemessen sein würde, bis zu einer Stromstärke von 3850 Amp. einzuschalten, daß es jedoch unmöglich ist, bei noch kleineren Widerständen, evtl. unmittelbaren. Kurzschlüssen, eine Einschaltung vorzunehmen. Aus der gegebenen Darstellung und Berechnung ergibt sich, daß man praktisch den Schalter stets bis zu seiner Nennleistung wird einschalten können, woraus ein außerordentlicher Vorteil gegenüber allen bisher bekannten Schaltungsanordnungen gegeben ist.

Daß die gleiche Einrichtung, wie vorstehend beschrieben, auch für Schalter mit wesentlich geringerer Schaltleistung bei entsprechend geringer Änderung des Regulierwiderstandes angewendet werden kann, wurde durch weitere Versuche festgestellt. Bei einer Einstellung des Regulierwiderstandes auf 13 Ohm würde bei 220 Volt Betriebsspannung und einem Widerstandswert der Anlage von 2,2 Ohm ein Gesamtnebenschluß von 15,2 Ohm auftreten; also bei 220 Volt würde eine Stromstärke von 100 Amp. fließen können, d. h. die Schaltung würde bei dieser Einstellung in der gleichen Anordnung für einen 100-Amp.-Schalter anwendbar sein. Es lassen sich praktisch durch entsprechende Wahl der richtigen Verhältnisse der Spulen und des Regu-Herwiderstandes stets die günstigsten Verhältnisse für jede bestimmte Schalterleistung ermitteln. Auch bei dieser Anordnung besteht der Vorteil, daß die Auslösespule zugleich Nullspannungsspule bei Ausbleiben der Spannung ist.

Auch für Drehstrom ist die vorbeschriebene Schaltung sinngemäß anwendbar, wobei zur Berücksichtigung etwaiger Unsymmetrien in den einzelnen Phasen vorteilhaft für zwei verschiedene Phasen je eine besondere Prüf spule vorgesehen sein kann, die auf einen gemeinsamen Auslösemagneten einwirken.

Bei Drehstrom liegen nun vielfach noch weitere Schwierigkeiten vor, die ebenfalls durch die vorstehende. Schaltung beseitigt werden sollen. Wenn z. B. bei einem Drehstrommotor vergessen worden ist, einen Kontroller ohne Statorabschaltung auf die Null-

stellung zurückzudrehen, oder wenn vergessen wurde, die Bürstenabhebe- und Kurzschlußvorrichtung in die Einschaltstellung für den Motor zurückzustellen, so liegen andere Verhältnisse vor wie bei der Schaltung nach Abb. 4, da jetzt die fehlerhafte Schaltung in dem Rotorstromkreis liegt, der mit dem Statorstromkreis nicht elektrisch, sondern nur magnetisch verkettet ist. Es kann also eine Messung der Werte im Rotorstromkreis nicht, unmittelbar erfolgen, wenn man nicht durch eine besondere Schaltung mit den Meßleitungen unmittelbar in den Rotorstromkreis hineingeht. Es wurde nun durch Versuche festgestellt, daß die zuletzt beschriebene Schaltung entsprechend Abb. 5 auch so empfindlich ist, daß sie auf die transformatorisch übertragenen Verhältnisse bzw. vorliegenden Fehler im Rotorstromkreis eines angeschlossenen Motors mit großer Genauigkeit anspricht. Hierin liegt ein weiterer, außerordentlicher Vorteil, da die Schaltung ihren einfachen Charakter beibehält und tatsächlich auf alle vorkommenden Verhältnisse in den Stromverbraucheranlagen, gleichgültig, ob es sich um Fehler im Statorstromkreis oder im Rotorstromkreis handelt, ihren Zweck erfüllt. Irgendwelche Rückwirkungen von den eingeschalteten Statorfeldern- auf die Prüfeinrichtung ist nicht möglich, da die Hilfskontakte in der Einschaltstellung des Hauptschalters sämtlich ausgeschaltet sind.

Abb. 6 zeigt eine Schaltung für Drehstrom ebenfalls unter Benutzung einer Nullspannungsspule in Verbindung mit einer Prüfspule, jedoch erfolgt hierbei im Gegensatz zur vorerwähnten Schaltung die Prüfung nicht jeweils über zwei Phasen, sondern über jede Phasenleitung und den Sternpunkt, der in den meisten Fällen in Drehstromanlagen. vorhanden ist bzw. auf einfache Weise geschaffen werden kann. Dabei ist für den Prüfstromkreis ein besonderer mehrpoliger Schalter 33 zur Anwendung gekommen, welcher mit der Welle des Hauptschalters festgekuppelt ist und über diese von dem auslösbaren. Schaltschloß seine Bewegung erhält.

Während bei den vorstehend beschriebenen Schaltungen der Prüfstrom elektromagnetisch die Kontaktgebung beeinflußt, kann dieselbe gegebenenfalls auch durch Wärmewirkung geschehen. Ein Beispiel hierzu ist in Abb. 7 für eine Gleichstromanlage und in Abb. 8 für eine Drehstromanlage dargestellt. Die Schaltung nach Abb. 7 unterscheidet sich dabei von den vorerwähnten im wesentlichen dadurch, daß in den Prüfstromkreis an Stelle einer Prüfspule 30 ein Hitzdraht 35 eingeschaltet ist, ; dessen Längenänderung bei zunehmender Er- I wärmung in an sich bekannter Weise auf einen Hilfsschalter 36 übertragen wird, der j die Nullspannungsspule kurzzuschließen und dadurch die Auslösung des Hauptschalters zu bewirken vermag. Die Hilfsschaltung ist auch hier eine Ruhestromschaltung, und zwar wird der Widerstand 9 so einreguliert, daß in der gezeichneten Stellung ein bestimmter ausreichender Strom bleibt, bei dem die Nullspannungsspule gehalten wird. Tritt jetzt beim Einschalten des Hilfsschalters 33 durch die Hinzuschaltung des Verbraucherstromkreises eine weitere, unzulässige Stromerhöhung auf, so macht sich dieses an dem Hitzdraht durch größere Ausdehnung bemerkbar, die auf den Hilfsschalter 36 übertragen wird; dadurch werden die Kontakte 37 und 38 geschlossen, die Nullspannungsspule 7 wird kurzgeschlossen, und der Anker 11 fällt ab. Es ist daher nicht möglich, den Hauptschalter einzulegen, da das Klinkwerk nicht hält. Bei der Rückführung des Hauptschalters und des mit ihm kombinierten Prüfschalters 33 in die Ausschaltstellung wird dieser Zustand aufgehoben, und der Hilfsschalter 36 öffnet wieder den Kurzschluß der Nullspannungsspule. Es ist ersichtlich, daß beim Öffnen des Verbraucherstromkreises oder bei einem bestimmten Verbraucherwiderstand die Einwirkung auf den Hitzdraht aufhört bzw. so gering wird, daß die Einschal- go tung vorgenommen werden kann. Auf diese Weise ist der gleiche Zweck erreicht wie in den vorstehend beschriebenen Schaltungen.

In Abb. 8 ist eine ähnliche Anordnung für eine Drehstromanlage zur Darstellung gebracht. Bei dieser Anordnung kommen ebenfalls wieder Hitzdrähte 35, 35 für je zwei Phasen zur Anwendung, die jedoch in diesem Falle so geschaltet sind, daß sie als Nebenschlüsse zu entsprechend bemessenen niedrigohmigen Widerständen 40 bzw. 41 geschaltet sind, die vom Hauptstrom durchflossen werden. Die Einwirkung der Hitzdrähte 35 erfolgt in diesem Falle auf den gemeinsamen Hilfsschalter 36, der ebenfalls die Kontakte 37 und 38 verbindet und damit die Nullspannungsspule 7 kurzzuschließen vermag. In der Prüfleitung liegen die Sicherungen 42 und die regulierbaren Widerstände 9. Der dreipolige Prüfschalter 33 ist mit dem Hauptschalter wieder mechanisch blockiert. AVährend die Wirkungsweise der Hitzdrähte 35, 35 in bezug auf die Prüfung bei dieser Schaltung die gleiche ist. wie in Abb. 7, werden sie in der Einschaltstellung über die Kontakte 43, 44 umgeschaltet und dienen dann im Verein mit den zugehörigen Widerständen 40 und 41 zugleich als Hitzdrahtmaximalstromauslöser, die in bekannter Weise, entsprechend der durch die Widerstände 40 und 41 durchfließenden Stromstärke, einen jeweils höheren Strom bekommen und bei einer gewissen Überschrei-

tung dieser Stromstärke durch Betätigung des Schalters 36 auf die Nullspannungsspule eine unmittelbare Abschaltung des Verbrauchers herbeiführen. Hierbei sind also die für den Einschaltvorgang des Schalters benutzten. Organe zugleich herangezogen als Schutzapparate gegen unzulässige Überlastungen des Stromverbrauchers im Betriebszustande.

Es ist klar, daß noch verschiedene Abarten der vorstehenden Schaltungen und Kombinationen möglich sind, unter anderem sind in fast allen Fällen statt der mechanischen gegenseitigen Blockierungen elektrische Blockierungen möglich. Außerdem ist es ohne weiteres möglich, die von Hand gesteuerten Schalter elektrisch selbsttätig zu betätigen, d. h. nach vorgenommener Prüfung die selbsttätige Einschaltung, z. B. elektromagnetisch, zu bewirken. Ferner ist es möglich, die Prüf-' schaltung getrennt anzuordnen und durch Fernschaltung und Verriegelungsanordnungen die gleichen zwamgläufigen Schaltmöglichkeiten herzustellen, die zur Lösung der gestellten Aufgabe erforderlich sind. Es ist zweifellos wichtig, derartige Sicherheitsschaltungen auch auf solche Schalter anwenden zu können, die bereits installiert sind, es soll deshalb auch ermöglicht werden, z. B. Anlagen mit einem normalen Schalter mit Nullspannungsspule oder elektromagnetischem Schaltschützen durch, eine verhältnismäßig einfache Zusatzeinrichtung in eine Sicherheitsschaltung gemäß der Erfindung umzuwandeln. In Abb. 9 und 10 sind zwei beispielsweise Schaltungen dargestellt, welche diesen Zweck erfüllen. In der Abb. 9 ist dies auf eine Schaltung für Gleichstrom angewendet, wobei 2 einen doppelpoligen Schalter bedeutet, der nur angelegt werden kann, wenn die Klinke 4 mit der Nockenscheibe 5 in Eingriff kommt. Die Klinke 4 kann durch den Anker 11 eines Nullspannungsmagneten 6 betätigt werden, der von einer Spule 7 erregt wird. Wie aus der Anordnung ersichtlich, befindet sich der Anker zur Zeit in angezogenem Zustande, so daß ein Einschalten möglich sein würde. Bei abgefallenem Anker wird die Klinke 4 heruntergedrückt, so daß ein Eingriff mit dem Nocken 3 nicht möglich wird. Unabhängig von dem Schalter, evtl. jedoch auch eingebaut in den Schaltkasten, befindet sich die getrennt angeordnete Prüfeinrichtung, deren einzelne Organe in einem gemeinsamen Kasten zusammengebaut sind, der durch die punktiert ausgezogene Linie angedeutet ist. Dieser Prüfkasten enthält Schmelzsicherungen 27 und 28 sowie einen Vorschaltwiderstand 9, einen doppelpoligen Druckknopfhilfsschalter 33 sowie einen Zusatzwiderstand 29. Der Druckknopf befindet sich für gewöhnlich in ausgeschaltetem Zustande.

Wie aus dem Schaltungsschema zu ersehen ist, ist die Nullspannungsspule mit ihrem einen Ende hinter dem Schalter 2 an einen Pol desselben angeschlossen, während das zweite Ende über dem Zusatzwiderstand 29 an den anderen Pol, ebenfalls hinter dem Schalter, angeschlossen ist. Es soll angenommen werden, daß die Spannungsspule 7 so bemessen ist, daß sie im Betriebszustand die Hälfte der Betriebsspannung, z.B. 110 Volt bei 220 Volt Betriebsspannung-, verzehrt. In der ausgeschalteten Stellung des Hauptschalter 2 und da auch der Druckknopfschalter sich in der Ausschaltstellung befindet, ist ein Einlegen des Hauptschalters nicht ohne weiteres möglich, da die Nullspannungsspule nicht erregt ist und das Klinkwerk also nicht zum Halten gebracht werden kann. Um die Einschaltung vornehmen zu können, ist es notwendig, den Druckknopf zu drücken und zunächst den Prüfstromkreis einzuschalten. Dieser Augenblick ist in Abb. 9 zur Darstellung gebracht, und es fließt nun über die Sicherung 28 ein Strom durch den Vorschaltwiderstand 9, der ebenfalls für die halbe Betriebsspannung bemessen ist, so daß in diesem Augenblick die Erregung der Nullspannungsspule stattfindet. Der Zusatzwiderstand 29, welcher ungefähr ebenso groß ist wie der Widerstand 9 bzw. wie die Nullspannungsspule 7, liegt dabei in Reihe mit dem Verbraucherstromkreis und gemeinsam mit diesem parallel zur Nullspannungsspule 7. Ist nun der Widerstand des Verbraucherkreises genügend groß, so findet keine wesentliche Schwächung der im Nebenschluß liegenden Nullspannungsspule statt, der Anker 11 bleibt angezogen, und der Schalter 2 kann jetzt ohne weiteres eingelegt werden. Für den Fall jedoch, daß während der Vornahme der Prüfung ein Kurzschluß oder ein sonstiger zu geringer Widerstandswert in der Verbraucheranlage vorliegen sollte, wird die Stromschwächung in der parallel liegenden Spule 7 so groß, daß der Anker 11 abfällt und die Verklinkung aufhebt. Eine Einschaltung des Verbrauchers kann also unter diesen Umständen nicht stattfinden. Erst durch Zurückführung des Anlassers in die Nullstellung oder no durch Beseitigung des Kurzschlusses usw. in der Verbraucheranlage würde der Nebenschluß beseitigt werden, und der Einschaltvorgang wäre nunmehr ermöglicht. Durch Einlegung des Hauptschalters wird nun der Vorschaltwiderstand 9 kurzgeschlossen und statt dessen der Zusatzwiderstand 29 der Auslöserspule vorgeschaltet. Da dieser Widerstand ebenfalls die Hälfte der Spannung . verzehrt, so bleibt bei dieser Stromaufnahme der Anker des Nullspannungsmagneten in der Einschaltstellung. Der Druckknopfschalter

geht bei Beendigung der Schaltung nach dem Loslassen selbsttätig in die Nullage zurück und schaltet die Prüfleitungen ab. Nach erfolgter Einschaltung des Hauptschalters ist ein weiteres Drücken auf den Druckknopf wirkungslos.

Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, besteht die ganze Prüfeinrichtung aus zwei Widerständen und einem doppelpoligen Druckknopf. Die Anordnung setzt dabei voraus, daß die Nullspannungsspule für eine geringere Spannung bemessen ist, als es der Betriebsspannung entspricht. Die Nullspannungsspule behält im übrigen ihre bekannte Wirkung, daß sie beim Ausbleiben der Spannung selbsttätig den Schalter zum Ausfallen bringt und die Einschaltung verhindert, solange die Spannung nicht zurückgekehrt ist.

Um eine entsprechende Anordnung auch für normale Nullspannungsspulen, d. h. wenn dieselben für die volle Betriebsspannung gewickelt sind, verwenden und um ebenfalls mit einem \Ollkommen von dem Schalter unabhängigen Prüfapparat auskommen zu können, empfiehlt es sich, die in Abb. 10 dargestellte Schaltung zu. wählen, welche zugleich den Vorzug einer größeren Empfindlichkeit besitzt. Dabei ist unter Beibehaltung der gleichen Schaltungsgrundsätze wie bei Abb. 10 ein kleiner Hilfsschalter 31 hinzugefügt, der gleichsam die Funktionen der Nullspannungsspule der Abb. 9 übernimmt und seinerseits die Einschaltung der Xullspannungsspule 7 wieder bewirkt. Dieser Hilf sschalter 31 steht einerseits unter Wirkung einer ihn nach abwärts ziehenden Magnetspule 30, anderseits unter Wirkung einer Feder 32, die bestrebt ist, ihn in der gezeichneten Hochlage zu halten. Die übrigen Teile sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen wie in Abb. 9, und die zu der Prüfeinrichtung gehörigen Apparate sind durch die gestrichelte Linie zusammengefaßt. Auch die Wirkungsweise der Schaltung ist im wesentlichen die gleiche wie die vorhergehende, nur ist in diesem Falle die Nullspannungsspule 7 für die volle Spannung bemessen, während die Spule 30 des Hilfsschalters 31 ungefähr für die halbe Spannung bemessen wird. Aus der Schaltung ist zu ersehen, daß beim Einlegen des Druckiknopfschalters 33 eine Erregung der Spule 30 stattfindet, so daß deren Anker eingezogen werden kann und durch die Herstellung eines Kontaktes über den Schalter 31 die Nullspannungsspule 7 an die Betriebsspannung gelegt wird, so daß der Anker 11 angezogen wird, worauf nunmehr das Einschalten des Schalters 2 erfolgen kann. Durch das Einlegen des Schalters 2 erhält die Spule 30 über den Zusatzwiderstand 29 Spannung, so daß nunmehr der Druckknopf losgelassen werden kann, ohne ! daß ein Wiederausfallen des Schalters 2 mög-

. lieh ist. Auch bei weiterem Drücken auf den Druckknopf können keine unzulässigen Erscheinungen auftreten, da die Spule 30 unab-

! hängig von dem Druckknopfschalter erregt wird.

Würde bei der Prüfung mittels des Druckknopfschalters bei ausgeschaltetem Hauptschalter 2 ein zu geringer Widerstand, z. B. ein Kurzschluß, im Verbraucherstromkreis vorliegen, so würde dadurch der Strom der im Nebenschluß liegenden Spule 30 zu sehr geschwächt und die Einschaltung unmöglich gemacht. Erst durch die Aufhebung des Kurzschlusses bzw. durch die Herstellung des richtigen Widerstandswertes für die Stromverbraucheranlage wird, wie vorstehend beschrieben, die Einschaltung wieder ermöglicht. Die Verhältnisse sind bei dieser Anordnung so zu wählen, daß mittels der Feder 32 der Wert abgestimmt werden kann, bei dem das Einziehen des Ankers in die Spule 30 erfolgt, so daß auf diese Weise eine genaue Abstimmung auf die Stromstärke erfolgen kann, für die der Schalter 2 gebaut ist. Die Anordnung hat auch hier wieder den Vorteil, daß die Nullspannungsspule ihre Funktionen beim Ausbleiben der Spannung beibehält.

Die in den Abb. 9 und 10 zur Darstellung gebrachten Schalter sind ebenfalls in entsprechender Weise für Drehstrom anwendbar. Ferner läßt sich in Kombination mit dieser

j Schaltung eine Einrichtung für selbsttätiges Ein- und Fernschalten des Schalters verbinden.

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Sicherheitsschaltung mit mechanisch oder elektrisch in Abhängigkeit voneinander stehendem Prüf- und Hauptschalter sowie einer vom Prüfstrom beeinflußten Schaltspule, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Einkgung des Prüf schalters (12 bzw. 20 bzw. 33) beeinflußte Schaltspule (7) nach Einlegung des Hauptschalters (2) trotz Wiederöffnung des Prüfschalters (12) als Nullspannungsspule eingeschaltet bleibt.

2. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltspule (7) einerseits als Spannungs- bzw. Nullspannungsspule dauernd über einem Widerstand mit dem Netz verbunden ist und andererseits während des Prüfvorganges gleichzeitig zum Verbraucherstromkreis parallel geschaltet wird (Abb. 1 bis 4).

3. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltung des Verbrauchers durch Bewegung eines kombinierten Haupt- und Prüf-

schalters (2, 12 bzw. 2, 20) in zwei Stufen zwangläufig derart erfolgt, daß bei der ersten Bewegungsstufe der Prüfstrom eingeschaltet und bei der zweiten erst nach Überschreitung eines bestimmten Widerstandes freigegebenen Bewegungsstufe die Einschaltung· des Verbrauchers erfolgt.

4. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptschalter mit Hilfskontakten (14, 14) für den Prüfstromkreis versehen ist, welche in den beiden Endstellungen· des Schalters unterbrochen sind.

5. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalthebelgestänge mit .einer Verzögerungseinrichtung versehen ist, welche ein zu schnelles Durchschalten über die Prüfstellung verhindert.

6. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame, zum Einschalten des Haupt- und Prüfschalters dienende Mitnehmerhebel (3) durch eine von der Prüfspule auslösbare Klinke (4) derart mit der Schalterwelle verbunden ist, daß beim Auslösen- der Klinke beide Schalter in die Ausschaltstellung zurückkehren.

7. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Mehrphasenstrom für die einzelnen Phasen getrennte Prüfleitungen vorgesehen sind, welche bei der Einschaltbewegung des Hauptschalters durch den Prüfschalter (20) einzeln nacheinander zwangiäufig ein- und wieder abgeschaltet werden (Abb. 4).

8. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ansprechen des nacheinander an die verschiedenen Phasen gelegten Auslösemagneten zugleich eine Signalleitung (23) eingeschaltet wird, so daß erkennbar wird, in welcher Phase die Störung liegt (Abb. 4).

9. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steigerung der Empfindlichkeit der Widerstandsmessung neben der Spule des Auslöseankers eine besondere Prüfspule (3) mit Schwebeanker vorgesehen ist, durch den bei Unterschreitung einer bestimmten Prüfstromstärke die zweckmäßig gleichzeitig als Nullspannungsauslöser wirkende Auslösespule kurzgeschlossen und dadurch die Verklinkung ausgelöst wird (Abb. S und 6).

10. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (7) des Auslöseankers und die Prüfspule (30) hintereinandergeschaltet und r letztere parallel zum Verbraucherstromkreis und einem mit diesem in Ruhe liegenden Regulierwiderstand (25) geschaltet ist (Abb. 5'und 6).

11. Sicherheitsschaltung nach Anspruch ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfstrom über einen Hitzdraht (35) geleitet wird, dessen Längenänderung bei unzulässigem Widerstand des Verbrauchers die Auslösung des Schalters bewirkt (Abb. 7 und 8).

12. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hitzdraht (35) bei Ruhestromschaltung in Reihe mit der Auslöse- bzw. Null-Spannungsspule (7) liegt und der Verbraucherstromkreis während des Meßvorganges parallel zur Auslösespule (7) hinzugeschaltet wird (Abb. 7).

13. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der hinter dem Prüf schalter (33) angeordnete Hitzdraht (35) nach völligem Einlegen des Hauptschalters zu einem im Verbraucherstromkreis liegenden niedrigohmigen Widerstand (40, 41) parallel geschaltet ist und dann als Überstromschutz dient (Abb. 8).

14. Sicherheitsschaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüf schalter (33) AOm Hauptschalter getrennt und von diesem unabhängig einschaltbar angeordnet ist, daß er aber nach dem Loslassen durch eine Feder selbsttätig wieder in die Ausschaltstellung bewegt wird (Abb. 9 und 10).

15. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß vor und hinter dem Prüfschalter (33) je ein Widerstand (9, 29) derart angeordnet too ist, daß der hinter dem Prüfungsschalter liegende Widerstand (29) während der Prüfung mit dem Verbraucherstromkreis in Reihe und gemeinsam mit diesem parallel zur Prüfspule liegt, daß er dagegen durch das Einlegen des Hauptschalters mit der Prüfspule in Reihe geschaltet ist und dann an Stelle des ersten Widerstandes als Vorschaltwiderstand für die Prüfspule dient (Abb. 9 und 10).

16. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Prüfspule eine Hilfsspule (30) vorgesehen ist, welche über einen Schalter (31) den Stromkreis für die unmittelbar an das Netz angeschlossene Nullspannungs- und Auslösespule (7) geschlossen

' hält (Abb. 10).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.