ELECTRICAL CONNECTING DEVICE, E.G. A SOCKET, WITH A FAULT-CURRENT PROTECTIVE SWITCH FOR ELECTRICAL CONSUMERS

Abstract: 1. An electrical connecting device (10) such as a plug socket, a multiple plug connection, a junction box, an adapter plug or the like, with supply lines (28, 29) for electrical loads and a leakage current switch, comprising a set of mechanical switch contacts (24, 25; 26, 27) in the two supply lines (28, 29), which are movable between a switched-on and a switched-off position, a sum current transformer (37) for monitoring the supply lines (28, 29), and an electro-mechanical transducer for transferring the switch contacts (24, 25; 26, 27) into the switched-off position, wherein in the switched-on position the movable switch contacts (24, 25; 26, 27) are admittedly always subjected to a prestressed (63) separating means (61) for automatically transferring them into the switched-off position but the movement (64) of the separating means (61) is inhibited by a fusible material (73), the fusible material is arranged in the region of an electrically heatable member (heating member 73) of a firing switching stage (70) which is connected to the supply lines (28, 29) and which has a semiconductor switch (72), the firing switching stage (70) is controllable by an amplifier and a full-wave rectifier (rectifying amplifier 44), to the imput (43, 43') of which is connected the sum current transformer (37), and the rectifying amplifier (44) fires the semiconductor switch (72) when a current asymmetry exceeding a given limit value occurs in the two supply lines (28, 29) being monitored, characterized in that the switch contacts (24, 25; 26, 27) are spring-loaded (59) towards each other in the contact direction, the separating means (61) comprises a separating wege (61) of insulating material, which can be introduced into the contact region (60) between the switch contacts (24, 25; 26, 27), and the separating wedge (61) is admittedly urged by a force (63) in the direction of said introduction movement (64) but - in the switched-on position of the switching contacts - is retained by the fusible material (73) in a rest position outside the contact region (60) (see Figures 5 and 6).

Description: Kennwort: "Fehlerstromschutz Elektrisches Anschlussgerät, wie Steckdose, mit Fehlerstromschalter für elektrische Verbraucher Die Erfindung bezieht sich auf ein Anschlussgerät der im Gattungsbegriff des Anspruches 1 genannten Art, Die Summenstromwandler sind nach Art eines Transformators gestaltet, wo im Fehlerfall in der Sekundärwicklung eine Spannung induziert wird. Liegt kein Fehler vor, so ergibt sich eine Stromgleichheit in der hin- und rückführenden Versorgungsleitung, weshalb die beiden zugehörigen, einander entgegengesetzt gleichen Magnetfelder einander kompensieren und daher keine Spannung in der Sekundärwicklung induziert wird. Bei den bekannten Anschlussgeräten besteht der elektromechanische Wandler aus einem Klappanker-Magneten mit mechanisch vorgespanntem Anker, auf dessen einem Ankerschenkel eine vom Ausgang des Stromwandlers beaufschlagte Spule sitzt. Durch einen drehbaren Permanentmagneten am Anker joch lässt sich die Haltekraft des Ankers einjustieren. Im Fehlerfall wird über die vom Summenstromwandler gespeiste Spule ein magnetisches Feld im Klappankermagneten aufgebaut, welches demjenigen des Permanentmagneten entgegengerichtet ist und daher, bei Überschreitung bestimmter Grenzwerte, den Anker freigibt. Aufgrund seiner Vorspannung klappt der Anker auf und löst über einen Stift einen mechanischen Verstärker aus, der einen Satz von Schutzkontakten aus seiner Ein- in die Ausschaltstellung überführt. Diese Anschlussgeräte sind verhältnismässig kostspielig und platzaufwendig. Ihr besonderer Nachteil liegt in zu langer Ansprechzeit, womit die Zuverlässigkeit des Schutzes gefährdet ist. Die Kostspieligkeit dieser Anschlussgeräte verhindert ihre breite Anwendung, wie sie bei elektrischen Haushaltsgeräten nötig wäre. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein preiswertes elektrisches Anschlussgerät der im Gattungsbegriff des Anspruches 1 genannten Art mit einem zuverlässigen Fehlerstromschalter zu entwickeln, das sich durch geringen Platzbedarf und kurze Ansprechzeiten auszeichnet. Dies wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Massnahmen erreicht. Der Schutzkontaktsatz mit dem vorgespannten Triebmittel lässt sich ebenso platzsparend gestalten und unterbringen, wie die ganze Schutzschaltung aus Zündschaltstufe und Verstärker mit Doppelweggleichrichter. Diese Bauteile lassen sich sehr preiswert herstellen. Die Ansprechzeit dieser Schutzschaltung ist gering und lässt die das Triebmittel hemmenden Werkstoffe, die nur ein minimales Volumen aufzuweisen brauchen, praktisch augenblicklich schmelzen, so dass das Triebmittel nach wenigen Millisekunden die Schutzkontakte in Ausschaltstellung treibt. Nach der Zündung ist der erfindungsgemässe Fehlerstromschalter irreversibel, weshalb das Anschlussgerät nicht bei bleibendem Defekt wieder in Betrieb genommen werden kann. Die Ausbildung des Triebmittels kann in verschiedener Weise erfolgen. Baulich besonders einfach ist es zwar, eine auf die beweglichen Schutzkontakte einwirkende Federvorspannung als Triebmittel zu verwenden, die im Falle der Auslösung die Schutzkontakte selbsttätig in Ausschaltstellung überführt, doch besteht die Gefahr eines längere Zeit anhaltenden Lichtbogens zwischen den sich öffnenden Kontaktenden, womit die kurze Ansprechzeit gefährdet ist. In dieser Hinsicht ist es wesentlich günstiger, einen aus Isolationsmaterial bestehenden Trennkeil zu verwenden, der in Einsdhältstellung ausserhalb des Berührungsbereichs von gegeneinander federbelasteten Schutzkontakten sich befindet. Dieser Trennkeil ist zwar kraftbelastet und bestrebt in den Berührungsbereich zwischen den Kontakten einzufahren, doch wird diese Einfahrbewegung in der Einschaltstellung des Schutzkontaktsatzes durch den am Trennkeil angreifenden schmelzfähigen Werkstoff unwirksam gemacht, der den Trennkeil in einer Ruhelage ausserhalb des Berührungsbereichs der Kontakte, entgegen seiner Kraftbelastung, festhält. Eine solche Ausbildung eines selbstöffnenden Schalters ist von allgemeiner Bedeutung und lässt seine Anwendung auch in einer Schutzschaltung von elektrischen Verbrauchern zu, die nicht mit dem erfindungsgemässen elektrischen Anschlussgerät zur Stromversorgung ausgerüstet sind. Der schmelzfähige Werkstoff kann, als leitender Werkstoff, ein den elektrischen Strom selbstführender Draht sein und selbst das elektrische Heizglied in der im Kennzeichen des Anspruches 1 erwähnten Zündschaltstufe bilden. Alternativ besteht aber auch die Möglichkeit, den schmelzfähigen Werkstoff als Kleber anzuwenden, der das Triebmittel, z.B. den vorerwähnten Trennkeil aus Isolationsmaterial, in einer Ruhelage mit einem elektrischen Heizglied verbindet, welches im Zündungsfall mittelbar den Schmelz werkstoff erhitzt. Für die Verbesserung der Zündung empfiehlt es sich, dem Verstärker und Doppelweggleichrichter einen weiteren Schaltverstärker mit Kippstufe nachzuschalten und diesen am Eingang des Halbleiterschalters der Zündschaltstufe zu legen. Als Halbleiterschalter bietet sich ein Triac an. Von besonderer Bedeutung ist es, das Anschlussgerät auf seine volle Wirksamkeit zu überprüfen, ohne den schmelzfähigen Werkstoff zu zerstören. Eine solche Kontrolle ist in bequemer und zuverlässiger Weise durch die im Anspruch 7 angeführten Massnahmen erreichbar, die preiswert und raumsparend sind. Durch die Kopplung des Testschalters mit dem Hauptschalter werden die in der Nebenleitung befindlichen Begrenzungswiderstände allein wirksam, die den Heizstrom unter die Schmelztemperatur herabsetzen. Dieser Heizstrom fällt nur dann in einer definierten Höhe an, wenn die volle Funktionsfähigkeit der entscheidenden elektrischen Bauelemente der Schutzschaltung vorliegt und kann daher eine Kontrollanzeige wirksam setzen, welche die Brauchbarkeit des Anschlussgeräts dokumentiert. Diese Kontrolle kann häufig durchgeführt werden, ohne das Anschlussgerät zu gefährden. Im normalen Betrieb des Geräts empfiehlt es sich, den Testsch in seiner Ausschaltlage zu sichern, was durch eine entsprechende Schalterkombination leicht erzielbar ist. Dabei kann eine Kontrollanzeige für die Betriebsbereitschaft des Anzeigegeräts wirksam gesetzt werden, die in der Verbindung zwischen der einen Versorgungsleitung und der Zündschaltstufe geschaltet ist. Die Zündschaltstufe ist an die beiden Versorgungsleitungen angeschlossen. Im übrigen empfiehlt es sich, das Anschlussgerät auch noch auf eindringende Feuchtigkeit, z.B. Wasser beim elektrischen Verbraucher oder beim Anschlussgerät selbst ansprechbar zu machen. Hierzu verwendet man einen Sensor in Form eines offenen elektrischen Doppel leiters, wie er im Anspruch 9 näher beschrieben ist. Weil der Doppelleiter unmittelbar auf den Verstärker und Doppelweggleichrichter der vorbeschriebenen Schutzschaltung einwirkt, übernimmt diese zugleich die neue Funktion, im Falle einer Benetzung, sei es auf Seiten des elektrischen Verbrauchers, sei es auf Seiten des Anschlussgeräts, die Zündung durchzuführen und den Werkstoff zu schmelzen, wie im Zusammenhang mit der Fehlerstromüberwachung bereits erläutert wurde. In den Zeichnungen ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 und 2 die Draufsicht und Seitenansicht eines nach der Erfindung gestalteten Anschlussgeräts, nämlich eines Mehrfachsteckanschlusses, Fig. 3 die Draufsicht auf den einen Betätiger auf weisenden Bereich des Anschlussgeräts von Fig. 1 und 2, Fig. 4 eine geschnittene Seitenansicht des in Fig. 3 gezeigten Bereichs längs der dortigen Schnitt linie IV-IV, Fig. 5 schematisch eine Schnittansicht durch einen im erfindungsgemässen Anschlussgerät angeordneten selbstöffnenden mechanischen Schalter in dessen Einschaltstellung, wo die Schnittführung längs der Schnittlinie V-V von Fig. 6 genommen ist, Fig. 6 die Draufsicht auf den Schalter von Fig. 5, ebenfalls in Einschaltstellung befindlich, Fig. 7 eine der Fig. 5 entsprechende Schnittansicht des Schalters, wobei allerdings die Schutzkontakte in Ausschaltstellung sich befinden, Fig. 8 eine beim erfindungsgemässen Anschlussgerät ver wendete Schutzschaltung und Fig. 9 die Innenansicht eines Teilstücks des Gerätege häuses eines zugehörigen elektrischen Verbrauchers, der am elektrischen Anschlussgerät der Fig. 1 und 2 angeschlossen ist bzw. des Anschlussgeräts selbst. Das als Mehrfachsteckanschluss lo ausgebildete Anschlussgerät von Fig. 1 und 2 besitzt mehrere Steckaufnahmen 11, in welche die Stecker nicht näher gezeigter elektrischer Verbraucher, insbesondere von Haushaltsgeräten, elektrisch ankuppelbar sind. Das Anschlussgerät lo ist über einen Netzanschluss 12 und einen Stecker 13 an einer Stromquelle anschliessbar. Am Gehäuse 14 des Geräts lo befindet sich eine von aussen zugängliche Handhabe 15 eines Stellschalters 21, der mit seiner Ablesemarke 16 in drei Arbeitspositionen verschoben werden kann, die am Gehäuse durch Gegenmarken 17, 18, 19 bezeichnet sind. Das Gehäuse 14 besitzt ferner zwei Kontroll-Lampen 22, 23, deren eine 22 die Einschaltlage des Anschlussgeräts lo anzeigt und die andere 23 in der Arbeitsstellung 19 dann aufleuchtet, wenn die volle Funktionsfähigkeit aller massgeblichen elektrischen Bauteile gegeben ist, was noch näher beschrieben wird. Im Inneren des Gehäuses 14 befindet sich der Fehlerstrom schalter, der einerseits einen Satz mechanisch beweglicher Schutzkontakte 24, 25, 26, 27 eines besonderen selbstöffnenden mechanischen Schalters 31 aufweist und andererseits eine elektronische Schutzschaltung 20 umfasst. Die vom Netzanschluss 12 kommenden beiden Versorgungsleitungen 28, 29 enthalten diese Schutzkontakte 24 bis 27 und gehen, wie in Fig. 8 durch Pfeile 11 angedeutet ist, zu den aus Fig. 1 ersichtlichen Steckaufnahmen 11. Der Schutzkontaktsatz befindet sich an der Eingangs seite der Sohutzschaltung 20, so dass beim Öffnen der Schutzkontakte 24 bis 27 sowohl die Schutzschaltung 20 als auch die an den Steckaufnahmen 11 angeschlossenen elektrischen Verbraucher vollkommen spannungsfrei sind. Das Anschlussgerät arbeitet in seinen drei Arbeitspositionen wie folgt: Im Gebrauchsfall des Anschlussgeräts lo ist die Handhabe 15 in die durch die Gegenmarke 17 in Fig. 3 gekennzeichnete Arbeitsposition "EIN" verschoben. Dadurch sind ein Hauptkontakt 31 und ein Gerätekontakt 32, die beide im Stellschalter 21 sitzen, leitend miteinander verbunden. In dieser Arbeitsposition ist zugleich die Tasthandhabe 34 eines noch näher zu beschreibenden Testschalters 33 unwirksam, was durch eine geeignete mit der Strichlinie 108 in Fig. 8 angedeutete Kopplung der Elemente bewerkstelligt wird. Nach dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 wird dies dadurch erreicht, dass der aufgrund einer Federbelastung 36 mit seinen Kontakten normalerweise in Trennlage befindliche Testschalter 33 in einem Abstand zu einer mit der Handhabe 15 mitbeweglichen Schulter 35 angeordnet ist, wodurch der Tastbetätiger 34 in seiner herausgeschobenen unwirksamen Lage sich befindet. In dieser Arbeitsposition kann ein an der Steckaufnahme 11 angekuppelter elektrischer Verbraucher betrieben werden. Liegt kein Defekt am elektrischen Verbraucher vor, z.B. an einem angeschlossenen Haushaltsgerät, wie einem Haartrockner, der die Bedienungsperson einem unter Umständen tödlichen elektrischen Unfall aussetzt, so ist der durch die eine Versorgungsleitung 28 hinströmende und durch die andere Versorgungsleitung 29 rückfliessende elektrische Strom gleich. Die Versorgungsleitungen 28, 29 durchsetzen einen Summenstromwandler 37, der wie ein Transformator wirkt. Die Versorgungsleitungen 28, 29 sind einfach durch den Kern geführt und bilden die Primärseite. Bei Stromsymmetrie in diesen Leitungen 28, 29 entstehen jeweils gleich grosse, zueinander entgegengesetzt gerichtete magnetische Felder, die sich gegenseitig kompensieren und daher in einer Sekundärwicklung 39 keine Spannung induzieren. Dies wirkt sich in der Schutzschaltung 20 in folgender Weise aus. Die Schutzschaltung 20 ist über eine Verbindung 39 mit der einen Versorgungsleitung 29 vor dem Summenstromwandler 37 bei 109 verbunden, während ihre andere Verbindung 40 über den Hauptkontakt 31 hinweg an der anderen Verbindungsleitung 28 bei 88 angeschlossen ist. Diese Verbindung 40 ist über einen mit Widerständen 41, 42 versehenen Spannungsteiler hochohmig auch noch an die andere Versorgungsleitung 29 hinter dem Summenstromwandler 37 angeschlossen, um in dem vorliegenden Gebrauchsfall bei der Arbeitsposition "EIN" eine parallel zu dem einen Widerstand 42 geschaltete Glimmlampe 22 zum Leuchten zu bringen, welche die eine, in Fig. 1 erläuterte Kontrollanzeige 22 bildet. Die Sekundärwicklung 38 des Summenstromwandlers 37 ist an Eingangsleitungen 43,43' eines als Ganzes mit 44 bezeichneten Doppelweggleichrichters und Verstärkers 44 angeschlossen, der nachfolgend abgekürzt"Gleichrichtverstärker 44"bezeichnet werden soll. Dieser umfasst zwei Transistoren 45, 46, die zueinander spiegelbildlich über einen kleinen Stellwiderstand 47, von ca. looflverbunden sind, der über einen höherohmigen Stellwiderstand 48, von z.B. 5 k Q mit Masse verbunden ist. Die Spannung der Kollektoren dieser Transistoren 45, 46 liegt gegen Masse an und ist gross genug, um über eine einen Widerstand von z.B. loo k , ausgerüstete Verbindungsleitung 49 die Basis eines weiteren Transistors 51 zu beaufschlagen, der zu einem in Fig. 8 zusammenfassend mit So bezeichneten Schaltverstärker mit Kippstufe gehört, der nachfolgend kurz "Schaltverstärker" So bezeichnet werden soll. Der Transistor 51 ist dadurch leitend gemacht und zieht seinen Kollektor, der über die Leitung 53 mit der Basis eines weiteren Transistors 54 in diesem Schaltverstärker So verbunden ist, auf Masse. Parallel zum vorausgehenden Transistor 51 ist ein Kondensator 55 an Masse angeschlossen. Bei diesem Betriebsfall sperrt folglich der Transistor 54 und es fliesst kein Strom durch die seinem Kollektor vorgeschalteten Widerstände 56, 57 in der Leitung 58 eines Spannungsteilers, dessen Leitung 58 an die oben erwähnte Verbindung 39 der Schutzschaltung 20 angeschlossen ist. Mit dem Spannungsteiler 56, 57 ist der Eingang 71 einer insgesamt in Fig.8 mit 70 bezeichneten Zündschaltstufe verbunden, die als Halbleiterschalter einen Triac 72 besitzt, dem ein Draht 73 aus schmelzfähigem leitenden Werkstoff und ein Widerstand 74 in Reihe geschaltet ist. Diese Hauptleitung 77 ist mit der anderen Verbindung 40 der Schutzschaltung 20 verknüpft und ausserdem über einen Widerstand 75 und eine Diode 76 mit Masse verbunden. In der Zündschaltstufe 70 ist ein Kondensator llo parallel zum Triac 72 und Schmelzdraht 73 an der anderen Verbindungsleitung 39 angeschlossen, der die Aufgabe hat, ein Überkopf zünden des Triac 72 zu verhindern. Wegen der erwähnten Stromlosigkeit in der Leitung 58 ist auch der Eingang 71 stromlos und der Triac 72 sperrt. In der Hauptleitung 77 der Zündschaltstufe 70 fliesst folglich kein Strom. Die Schutz schaltung 20 ist nicht ausgelöst. Die Schutzschaltung 20 wird aber sofort wirksam, wenn in dem geschilderten Gebrauchsfall über eine Bedienungsperson ein elektrischer Strom abfliesst, der eine Strom Unsymmetrie zwischen den beiden überwachten Versorgungsleitungen 28, 29 hervorruft. Dadurch wird in dem Summenstromwandler 37 eine Spannung induziert, die über die Eingangsleitungen 43, 43'auf den Gleichrichtverstärker 44 einwirkt. Während im vorausgehenden ordnungsgemässen Gebrauchsfall durch die Einjustierung der Stellwiderstände 47, 48 eine Stromgleichheit zwischen den beiden Transistoren 45, 46 des Gleichrichtverstärkers 44 bestand, gilt dies im Fehlerfall nicht mehr. Die Basis der beiden Transistoren 45, 46 ist über einen jeweiligen Widerstand 67, 68 von etwa 470 kfl und einen gemeinsamen hochohmigen Widerstand 69 mit der Masse verbunden. Dieser hochohmige Widerstand 69 kann 2,2 MR aufweisen. Parallel zu ihm ist ein Schutzkondensator 78 von etwa 2,2 P F mit der Masse verbunden. Die Anschlussstellen sind durch einen weiteren Widerstand 79 von etwa 470 kil mit der erwähnten Verbindungsleitung 49 des Gleichrichtverstärkers 44 verbunden. Wegen der Strom-Unsymmetrie an den beiden Eingangsleitungen 43, 43' treten Spannungsunterschiede an den beiden Basen ein, weshalb der eine Transistor 46 wesentlich mehr Strom leitet als vorher, während der andere Transistor 45 einen etwas geringeren Strom führt. Die Summe der beiden fliessenden Ströme ist daher grösser und die Kollektorspannung an den Transistoren 45, 46 kleiner als im ordnungsgemässen Gebrauchsfall. Du-rch die Verbindungsleitung 49 fliesst daher ein grösserer Strom aus dem Schaltverstärker So. Dort ist in einer Parallel leitung 80 zu den dortigen Transistoren 51, 54 ein Widerstand 81 von etwa loo kilgeschaltet, wie aus Fig. 8 zu erkennen ist. Die Folge dieser Spannungsver hältnisse im Gleichrichtverstärker 44 ist, dass der Transistor 51 des Schaltverstärkers zu sperren beginnt, während der andere Transistor 54 zu leiten beginnt. Dies lässt eine Kippstufe wirksam werden, die zweierlei herbeiführt. Die Basis spannung am Transistor 51 sinkt weiter ab bis praktisch auf den Wert Null, womit der Zustand stabil bleibt. Der Kollektorstrom durch den anderen Transistor 54 steigt schlagartig an und zündet über die Eingangs leitung 71 den Triac 72 in der benachbarten Zündschaltstufe 70. Parallel zur Leitung 58 im Schaltverstärker So ist in einer Leitung 82 ein Widerstand 83 zwischen der Verbindung 39 und der Basis leitung des Transistors 54 geschaltet. Nach Zündung des Triac 72 fliesst sofort ein hoher Heizstrom von z.B. 2 A durch die Hauptleitung 77 und erhitzt den in Reihe geschalteten Schmelzdraht 73 über die Schmelztemperatur hinweg, so dass er zerstört wird. Dadurch ist der selbstöffnende mechanische Schalter 30 wirksam gesetzt. Durch seine in Fig. 8 gestrichelt angedeutete Wirkverbindung werden nahezu augenblicklich die beiden Schutzkontakte 25, 26 geöffnet, wodurch die Stromversorgung zum Verbraucher in den beiden Versorgungsleitungen 28, 29 unterbrochen ist. Die ausserordentlich schnelle Reaktion des Schalters 30 ergibt sich durch die besondere erfindungsgemässe Gestaltung gemäss Fig. 5 bis 7, wo der besseren Übersicht wegen nur die wesentlichsten Bestandteile schematisch dargestellt sind. Der Schalter 30 befindet sich normalerweise immer in Einschaltstellung, denn die mechanisch beweglichen Schutzkontakte 24 bis 27 werden jeweils durch eine Federbelastung 59 gegeneinander gedrückt gehalten. Es liegt dann die aus Fig. 5 und 6 ersichtliche Berührungslage vor. In Ausrichtung mit der Berührungsstelle 60 dieser Schutzkontakte 24, 25 bzw. 26, 27 ist der Bewegungsweg der Keilspitze 62 eines aus Isolationsmaterial bestehenden Trennkeils 61 angeordnet. Der Trennkeil 61 ist zwar immer bestrebt, aufgrund einer z.B. von einer Feder 63 ausgehenden Kraftbelastung im Sinne des Bewegungspfeils 67 sich zu bewegen, doch ist er daran durch den Schmelzdraht 73 gehindert. Das eine Ende des Schmelzdrahts 73 ist am Trennkeil 61 befestigt, während sein anderes Ende einen festen Verankerungspunkt 65 besitzt. Dadurch wird der Trennkeil 61, seiner Kraftbelastung 63 entgegen, in einer Ruhelage ausserhalb des Berührungsbereichs 60 der Schutzkontakte gehalten. Zündet der Triac 72 einen hohen Heizstrom, so ergeben sich die aus Fig. 7 ersichtlichen Verhältnisse. Wird der Schmelzdraht 73 zerstört, so schnellt der Trennkeil 61 unter Entspannung der auf ihn wirkenden Kraftbelastung 63 in den Berührungsbereich 60 zwischen die Schutzkontakte und drückt sie auseinander. Weil er dabei zwischen die Kontaktstellen als Trennwand tritt, unterbindet er von vornherein einen zeitverzögernden Lichtbogen zwischen den sich öffnenden Kontaktenden. Durch das Isolationsmaterial des Trennkeils 61 werden die Kontakte 24, 25 bzw. 26, 27 von vornherein gegeneinander abgeschirmt Es tritt augenblicklich eine Trennlage der Kontaktenden gegen die auf sie einwirkende Federbelastung 59 ein. Für diese Einfahrbewegung des Trennkeils 61 können Leitflächen dienen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden hierzu Seitenflansche 66 am Trennkeil 61 verwendet, die längs der Kontaktzungen 24 bis 27 sich bewegen können. Man kann auch andere Führungsmittel, wie Gleitschienen verwenden. Ausweislich der Fig. 3 und 4 kann der Schalter 21 auch noch in die Arbeitsposition NAUS" verschoben werden, die durch die Gegenmarke 18 gekennzeichnet ist. Jetzt ist, im Gegensatz zum vorher beschriebenen Gebrauchsfall "EIN" zwar der Hauptkontakt 31 geschlossen, aber der Gerätekontakt 32 geöffnet, wodurch die Versorgungsleitung 28 unterbrochen ist. Ein solcher Gerätekontakt 32 könnte auch an analoger Stelle in der anderen Versorgungsleitung 29 vorgesehen sein, der gleichzeitig und im gleichen Sinne mit den dargestellten zusammenwirkt. Dieses Aufwands bedarf es aber nicht, weil,auch wenn die kontaktiert mit dem Verbraucher bleibende Versorgungsleitung 29 stromführend ist, ein elektrischer Unfall durch die Schutzschaltung 20 verhindert wird. Kommt es nämlich zu einer Stromentnahme in der Leitung 29, die vom Wert Null bei der Leitung 28 abweicht, so spricht der Summenstromwandler 37 an und es kommt aufgrund der bereits beschriebenen Schaltung zu einer Zündung des Triac 72, der den Schmelzdraht 73 zerstört und den vorgespannten Schalter 30 in der beschriebenen Weise öffnet. Die Handhabe 15 kann schliesslich in die durch die Gegenmarke 19 gekennzeichnete unterste Arbeitspostion "TEST" von Fig. 3 verschoben werden. Schon beim Übergang wird zunächst ausser dem bereits geöffneten Gerätekontakt 32 auch noch der Hauptkontakt 31 unterbrochen. In der Endstellung stösst schliesslich die oben erwähnte Schulter 35 der Handhabe 15 gegen den Tastbetätiger 34 des Testschalters 33 und drückt ihn gegen seine Rückstellfeder 36 zurück. Dadurch wird der Testschalter 33 in Fig. 8 geschlossen, der über einen Vorwiderstand 84 einerends durch die Verbindungsstelle 85 mit der einen Verbindungsleitung 28 vor dem Summenstromwandler 37 verbunden ist und anderends eine Verbindungsstelle 86 an der anderen Versorgungsleitung 29 hinter dem Summenstromwandler 37 besitzt.Über den geschlossenen Testschalter 33 tritt eine Strom-Unsymmetrie in den beiden Verbindungsleitungen 28, 29 ein, die in der bereits oben im Zusammenhang mit dem Fehlerfall geschilderten Weise über die Eingangsleitungen 43, 431 den Gleichrichterverstärker 44 und den Schaltverstärker So beaufschlagt, der die Zündung des Triac 72 dadurch hervorruft. Der in der Hauptleitung 77 der dortigen Zündstufe 70 fliessende Heizstrom ist aber durch den Aufbau der insgesamt mit 9o in Fig. 8 bezeichneten Testeinrichtung soweit reduziert, dass eine Zerstörung des Schmelzdrahts 73 dabei nicht eintritt. Durch die Unterbrechung des Hauptkontakts 31 ist die Verbindung 40 der Zündschaltung 70 nicht mehr unmittelbar über die Leitung 87 mit seiner Anschlussstelle 88 an der einen Versorgungsleitung 28 angeschlossen, sondern mittelbar über eine Nebenleitung 89, die einen Vorwiderstand 91 zwei zueinander parallel geschaltete Bauelemente, nämlich einen Widerstand 92 und eine Glimmlampe 23, aufweist. Dadurch geht zunächst die den Betriebszustand in der Position "EIN" anzeigende Glimmlampe 22 aus. Jetzt ist die Verbindung 40 ausschliesslich durch die Widerstände 91, 92 mit ihrer Anschlussstelle 88 der Versorgungsleitung 28 verbunden. Diese Widerstände 91, 92 begrenzen den Heizstrom in der Hauptleitung 77 der Zündschaltstufe 70 unter einen Wert, der im Schmelzdraht 73 eine unter der Schmelztemperatur liegende Erwärmung nur zulässt. Der Heizdraht 73 bleibt unbeschädigt. Das Verhältnis der beiden Begrenzungswiderstände 91, 92 ist zueinander so bemessen, dass der im Testfall in der Testeinrichtung 9o anfallende Strom gerade die Glimmlampe 23 zündet, welche damit eine Kontrollanzeige für die einwandfreie Funktionsfähigkeit der massgeblichen Bauelemente in der Schutzschaltung 20 ist. Diese Glimmlampe ist die eingangs erwähnte Kontroll-Leuchte 23 im Gehäuse 14 des Anschlussgeräts lo. Durch Aufleuchten dieser Kontroll Leuchte 23 ist die einwandfreie Funktion des Gleichrichtverstärkers 44, Schaltverstärkers 50, Zündschaltstufe 70 und auch der Testeinrichtung 9o sowie der zugehörigen elektrischen Bauelemente angezeigt. Es wäre natürlich auch möglich, die drei abgestimmt zueinander arbeitenden Schaltstellen 31, 32, 33 in anderer Weise miteinander zu koppeln, als es im dargestellten Ausführungsbeispiel durch den Stellschalter 21 mit dem nebengeordneten Testschalter 33 geschieht. Zu der Testeinrichtung 90 gehört noch ein gegen Masse geschalteter Schutzkondensator 93 an der anderen Verbindung 39 bei der Versorgungsleitung 29. Die Handhabe 15 ist, wie in Fig. 4 schematisch angedeutet ist, durch eine Rückstellfeder 111 in ihre. Arbeitsstellung "AUS" hin federbelastet. Lässt man in der Arbeitsposition TEST die Handhabe 15 los, so bewegt sie sich von selbst in diese Ausgangsstellung zurück. Eine alternative Gestaltung bestünde darin, die Hauptkontakte 31, Gerätekontakte 32 und den Testschalter 34 in einem gemeinsamen Schaltgehäuse zusammenzufassen. Man könnte aber auch getrennte Schalter verwenden, bei denen der Taster 34 des Testschalters 33 manuell betätigt wird, aber in den anderen Arbeitsstellungen entweder unzugänglich ist oder aber durch Sperrmittel blockiert wird. Der erfindungsgemässe Fehlerstromschalter kann schliesslich im Bedarfsfall auch noch mit einem Sensor 94 ausgerüstet, werden, der auf eindringende Flüssigkeiten, insbesondere Wasser anspricht. Dieser besteht aus einem offenen elektrischen Doppelleiter 95, 96, der mit seinen beiden Strängen gegeneinander isoliert in Randbereichen 98 zu Gehäuseöffnungen 99 und Gehäusefugen loo angeordnet ist, wie der Innenansicht auf ein Teilstück eines Gehäuses 97 des elektrischen Verbrauchers in Fig. 9 zu entnehmen ist. Ein solcher Sensor 94 könnte ergänzend oder alternativ auch noch in den entsprechenden Randbereichen im Inneren des Gehäuses 14 des Anschlussgeräts lo vorgesehen sein, um auch dieses gegenüber eindringendem Wasser zu überwachen. Diese Doppelleitungen 95, 96 sind gegeneinander isoliert als elektrisch leitende Streifen an jenen Stellen des verbraucherseitigen bzw. anschluss- gerätseitigen Gehäuses 97 bzw. 14 angebracht, der bei bestimmungsgemässen Gebrauch der Geräte unzugänglich ist. Diese Streifen 95, 96 sind zudem soweit von den Gehäusekanten zurückgesetzt, dass die vorgeschriebenen Luft- und Kriechwege eingehalten werden. Durch die Öffnung 9o bzw. durch den Gehäusespalt loo eindringendes Wasser lol, wie es in Fig. 8 und 9 durch einen Tropfen angedeutet ist, erhöht die Leitfähigkeit zwischen den beiden Leitungssträngen 95, 96. Dieser Doppelleiter 95, 96 ist über Leitungen 102, 103 und darin geschaltete Widerstände 104, 105 mit dem Gleichrichterverstärker 44 verbunden. Im vorliegenden Fall ist die Leitung 102 ausweislich der Anschlussstelle 106 an der Basis des einen Transistors 46 und die Leitung 103 ausweislich der Anschlussstelle 107 an den Kollektor dieses Transistors 46 angeschlossen. Kommt es zu dieser Leitfähigkeit aufgrund der Wassertropfen lol, so nimmt in der bereits oben beschriebenen Weise der durch die beiden Transistoren 45, 46 führende Strom eine Unsymmetrie an, der zu einem höheren Gesamtstrom führt, welcher den zum Schaltverstärker So gehörenden Transistor 51 sperrt und dadurch dessen anderen Transistor 54 leitend macht. All dies führt in der bereits beschriebenen Weise zu einer Zündung des Triac 72 in der Zündschaltung 70, die in der bereits dargelegten Weise die Schutzkontakte 25, 27 in den Versorgungsleitungen 28, 29 durch Zerstörung des Schmelzdrahts 73 unterbricht. Wie ersichtlich, dient somit die Schutzschaltung 20 zugleich zur Uberwachung der auf Flüssigkeit ansprechenden Sensoren 94. Sofern diese Sensoren 94 an dem am Anschlussgerät lo elektrisch anzuschliessenden elektrischen Verbraucher sich befinden, sind die Leitungen 102, 103 zweckmässigerweise mit der von den Steckaufnahmen 11 zum Verbraucher führenden Netzleitungen zu einem gemeinsamen Kabel zusammengefasst. Es liegt dann ein vieradriges Kabel vor, das einerseits die elektrische Verbindung mit den Versorgungsleitungen 28, 29 in der Steckaufnahme 11 des Anschlussgeräts lo herstellt und andererseits über weitere, in Fig. 1 nicht näher gezeigte Steckaufnahmen die Leitungen 102, 103 mit der Schutzschaltung 20 elektrisch verbindet. Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Fehlerstromschalters lässt sich zusammenfassend folgendermassen interpretieren. Wenn in dem Summenstromwandler 37 Spannung induziert wurde, wird diese in der Stufe des Gleichrichtverstärkers 44 in ihren beiden Halbwellen gleichgerichtet und verstärkt. Der Schaltverstärker So dient dazu, den 72 Leistungshalbleiter in der Zündstufe 7o ansteuern zu können, wozu eine weitere Verstärkung mit definiertem Schaltverhalten in dieser Schaltstufe So erreicht wird. Der Triac 72 bringt den Draht 73 unabhängig von der Polarität des Netzes zum Schmelzen. In der Testeinrichtung 9o wird ein Fehlerfall simuliert, was dadurch erreicht wird, dass die Zündschaltstufe 70 vom Netz 28, 29 getrennt, aber mittelbar über einen hochohmigen Begrenzungswiderstand 91, 92 angeschlossen bleibt. Kennwort: Fehlerstromschutz Bezugszeichenliste: lo Mehrfachsteckanschluss 38 Sekundärwicklung Anschlussgerät 39 Verbindung 11 Steckaufnahme 40 Verbindung 12 Netzanschluss 41 Widerstand 13 Stecker 42 Widerstand 14 Gehäuse 43 Eingangsleitung 15 Handhabe von 21 43'Eingangsleitung 16 Ablesemarke 44 Doppelweggleichrichter und 17 Gegenmarke "EIN" Verstärker, Gleichrichterver18 Gegenmarke "AUS" stärker 19 Gegenmarke "TEST" 45 Transistor 20 Schutzschaltung 46 Transistor 21 Stell schalter 47 Stellwiderstand 22 Kontrollanzeige, 48 Stellwiderstand Glimmlampe 49 Verbindungsleitung 23 Kontrollanzeige, So Schaltverstärker mit Kipp Glimmlampe stufe, 24 Schutzkontakt 51 Transistor 25 Schutzkontakt 52 Widerstand 26 Schutzkontakt 53 Leitung 27 Schutzkontakt 54 Transistor 28 Versorgungsleitung 55 Kondensator 29 Versorgungsleitung 56 Widerstand 30 selbstöffnender Schalter 57 Widerstand 31 Hauptkontakt 58 Leitung 32 Gerätekontakt 59 Federbelastung 33 Testschalter 60 Berührungsbereich 34 Tastbetätiger von 33 61 Trennkeil 35 Schulter bei 15 62 Keilspitze 36 Federbelastung 63 Feder 37 Summenstromwandler 64 Bewegungspfeil von 61 65 Verankerung von 73 102 Leitung 66 Seitenflansch bei 61 103 Leitung 67 Widerstand 104 Widerstand 68 Widerstand 105 Widerstand 69 hochohmiger Widerstand 106 Anschlussstelle 70 Zündschaltstufe 107 Anschlussstelle 71 Eingang 108 Strichlinie von Fig. 8 72 Triac 1o9 Anschlussstelle von 39 73 Schmelzdraht llo Kondensator 74 Widerstand 111 Rückstellfeder 75 Widerstand 76 Diode 77 Hauptleitung 78 Schutzkondensator 79 Widerstand 80 Parallel leitung 81 Widerstand 82 Parallel leitung 83 Widerstand 84 Vorwiderstand 85 Verbindungsstelle 86 Verbindungsstelle 87 Leitung 88 Anschlussstelle 89 Nebenleitung 9o Testeinrichtung 91 Vorwiderstand 92 Widerstand 93 Schutzkondensator 94 Sensor 95 ein Doppelleiter von 94 96 anderer Doppelleiter von 94 97 Gehäuse 98 Randbereich 99 Gehäuseöffnung loo Gehäusefuge lol Wassertropfen

Claims: Kennwort: Fehlerstromschutz A n s p r ü c h e: 1.) Elektrisches Anschlussgerät (lo), wie Steckdose, Mehr fachsteckanschluss, Verteilerdose, Zwischenstecker od. dgl., mit Versorgungsleitungen (28,29) für elek trische Verbraucher und mit einem Fehlerstromschalter, umfassend einen Satz mechanischer Schutzkontakte (24,25; 26, 27) in den beiden Versorgungsleitungen (28,29), dessen Schutzkontakte zwischen einer Ein- und Ausschalt stellung beweglich sind, einen die Versorgungsleitungen (28,29) überwachenden Summenstromwandler (37) und einen die Schutzkontakte (24,25; 26,27) in Ausschaltstellung überführenden elektro-mechanischen Wandler, da dur c h g e k e n n z ei c h n e t, dass in Einschaltstellung die beweglichen Schutzkon takte (24,25; 26,27) zwar stets einem vorgespannten (63), sie selbsttätig in Ausschaltstellung überführenden Triebmittel (61) ausgesetzt sind, aber die Bewegung (64) des Triebmittels (61) durch einen schmelzfähigen Werkstoff (73) gehemmt ist, der schmelzfähige Werkstoff im Bereich eines elektrisch aufheizbaren Glieds (Heizglieds 73) einer an die Versorgungsleitungen (28,29) ange schlossenen, einen Halbleiterschalter (72) auf weisenden Zündschaltstufe (70) angeordnet ist, die Zündschaltstufe (70) von einem Verstärker und Doppelweggleichrichter (Gleichrichtverstärker 44) steuerbar ist, an dessen Eingang (43,44) der Summenstromwandler (37) angeschlossen ist, und der Gleichrichtverstärker (44) den Halbleiter schalter (72) dann zündet, wenn eine einen bestimmten Grenzwert überschreitende Strom-Unsymmetrie in den beiden überwachten Versorgungsleitungen (28,29) eintritt. 2.) Anschlussgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebmittel des Schutzkontaktsatzes aus einer Federvorspannung der beweglichen Schutzkon takte (25,27) besteht. 3.) Anschlussgerät insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzkontakte (24,25; 26,27) im Berührungssinne gegeneinander federbelastet (59) sind, das Triebmittel (61) aus einem in den Berührungs bereich (60) zwischen den Schutzkontakten (24,25; 26,27) einfahrbaren Trennkeil (61) aus Isolationsmaterial besteht und der Trennkeil (61) zwar im Sinne dieser Einfahr bewegung (64) kraftbelastet (63) ist, aber - in Ein schaltstellung der Schutzkontakte - durch den schmelz fähigen Werkstoff (73) in einer Ruhelage ausserhalb des Berührungsbereichs (60) festgehalten ist, ( vergl. Fig. 5 und 6). 4.) Anschlussgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der schmelz fähige Werkstoff ein den elektrischen Strom leitender Draht (73) ist, der das elektrische Heizglied der Zündschaltstufe (70)selbst bildet und im Fall der Zündung über seine Schmelztemperatur hinaus erwärmbar ist, (vergl. Fig. 7 und 8). 5.) Anschlussgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der schmelzfähige Werkstoff ein Kleber ist, der das Triebmittel mit dem elektrischen Heizglied verbindet und mittelbar durch den Stromfluss im Heizglied über seine Schmelz temperatur hinaus erwärmbar ist. 6.) Anschlussgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gleichricht verstärker (44) ein weiterer Schaltverstärker mit Kippstufe (50) nachgeschaltet (49) ist und dieser am Eingang (71) des Halbleiterschalters, wie einem Triac (72),der Zündschaltstufe (70) liegt. 7.) Anschlussgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Testschalter (33) die eine Versorgungsleitung (28) vor (85) dem Summenstromwandler (37) mit der anderen Versorgungsleitung (29) hinter (86) dem Summenstrom wandler (37) verbindet und mit einem zwischen der einen Versorgungsleitung (28) und der Zündschalt stufe (70) liegenden Hauptkontakt (31) gekoppelt ist, im Testfall der Testschalter (33) zwar eine den Grenz wert übersteigende Strom-Unsymmetrie im Summenstrom wandler (37) hervorruft, vorausgehend aber den Haupt kontakt (31) öffnet und eine Begrenzungswiderstände (91,92) aufweisende Nebenleitung (89) zwischen der unterbrochenen Versorgungsleitung (28) und der Zünd schaltstufe (70) eingeschaltet lässt, wobei die Begrenzungswiderstände (91,92) den elektrischen Heizstrom soweit reduzieren, dass die Temperatur des schmelzfähigen Werkstoffs (73) nicht überschritten wird und nur der bei voller Funktionsfähigkeit der elek trischen Bauelemente der Schutzschaltung (20) in definierter Höhe anfallende Heizstrom eine Kontroll anzeige (23) wirksam setzt. 8.) Anschlussgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb des Anschlussgeräts (lo) der Test schalter (33) in seiner Offenlage gesichert ist und eine Kontrollanzeige (22) für die Betriebsbereitschaft des Anzeigegeräts (lo) wirksam setzt, die in einer Verbindung der einen Versorgungsleitung (29) mit der Zündschaltstufe (70) angeordnet ist. 9.) Anschlussgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen auf Flüssigkeitbenetzung (lol) ansprechenden Sensor (94) an der Schutzschaltung (20), bestehend aus einem offenen, elektrischen Doppelleiter (95,96), der - bei der bestimmungsgemässen Handhabung des elektrischen Verbrauchers und/oder des Anschlussgeräts (lo) in manuell unzugänglichen Randbereichen (98) von Gehäuseöffnungen (99) und Gehäusefugen (loo) angeordnet ist und bei Benetzung (lol) mit eindringender Flüssigkeit seinen elektrischen Schweinwiderstand verändert, der Doppelleiter (95,96) mit dem Gleich richtverstärker (44) verbunden (102, 106; ; 103, 107) ist und den Halbleiterschalter (72) in der Zündschalt stufe (70) zündet, wenn der Scheinwiderstand des Doppel leiters (95,96) einen bestimmten Betrag unterschreitet.

Inventors: MAHLICH, GOTTHARD CH., DIPL.-ING., STORSBERG, GREGOR, VOGELSANG, BERND
Applicants: ROBERT KRUPS STIFTUNG & CO. KG.
Application year: 1984
Main classification: H01R13
IPC codes: H02H5, H02H3, H01H9, H01R13