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Magnetisch betätigter Schutzrohrumschaltekontakt mit Übergang Die
anschließend beschriebene Erfindung bezieht sich auf einen magnetisch betätigten
Schutzrohrumschaltekontakt, bei dem die Umschaltung so erfolgt, daß, ausgehend von
der Ruhelage des Kontaktes, in der seine Ruheseite elektrisch geschlossen ist, zunächst
die elektrische Verbindung mit der Arbeitsseite erfolgt, wonach erst die Ruheseite
aufgetrennt wird. Dieser Vorgang wird üblicherweise mit Übergang bezeichnet, d.
h., es handelt sich im vorliegenden Fall um einen Schutzrohrumschaltekontakt mit
Übergang.
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Ein solcher Schutzrohrumschaltekontakt mit übergang ist in der Fig.
5 der USA.-Patentschrift 2397123
abgebildet. Diesem Kontakt liegt das bei
Schutzrohrumschaltekontakten übliche Prinzip zugrunde, nach dem eine magnetisierbare
Umschaltekontaktfeder zwischen einem nichtmagnetisierbaren Ruhekontaktstück und
einem magnetisierbaren Arbeitskontaktstück angeordnet ist, wobei in der Ruhestellung
des Kontaktes die Umschaltekontaktfeder auf dem Ruhekontaktstück aufliegt. Bei Erregung
eines solchen Kontaktes treten zwischen der magnetisierbaren Umschaltekontaktfeder
und dem ebenfalls magnetisierbaren Arbeitskontaktstück Anziehungskräfte auf, welche
die Schließung der Kontaktstelle zwischen Umschaltekontaktfeder und Arbeitskontaktstück
bewirken.
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Bei dem bekannten Schutzrohrumschaltekontakt mit Übergang wird die
Übergangsfunktion dadurch erzielt, daß an dem Arbeitskontaktstück ein federndes
Endteil hängt, das im Fall der Erregung an die Umschaltekontaktfeder herangezogen
wird. Zu diesem Zweck ist die Rückstellkraft dieses Endteiles geringer bemessen
als die Kontaktkraft der Umschaltekontaktfeder, mit welcher diese im Ruhezustand
auf dem Ruhekontaktstück aufliegt. Die Umschaltekontaktfeder besitzt an ihrem beweglichen
Ende eine Brücke, welche den von der Umschaltekontaktfeder allein magnetisierbaren
Teil darstellt. Parallel zur Umschaltekontaktfeder ist noch ein besonders starres
Flußführungsteil angeordnet, das dicht bis zu der Brücke heranreicht. Durch diesen
zuletzt beschriebenen Aufbau wird erreicht, daß sich nach Schließung der Kontaktstelle
zwischen Umschaltekontaktfeder (Brücke) und Endteil des Arbeitskontaktstückes zwischen
der Brücke und dem Flußführungsteil ein Fluß einstellt, der nunmehr die Brücke mit
dem an ihr haftenden Endteil des Arbeitskontaktstückes an das Flußführungsteil heranzieht,
wodurch die Kontaktgabe zum Ruhekontaktstück unterbrochen und zum Arbeitskontaktstück
allein hergestellt ist.
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Dieser vorstehend beschriebene Aufbau stellt eine gegenüber den normalen
Schutzrohrkontakten, insbesondere Schutzrohrumschaltekontakten, grundsätzlich andersartige
Konstruktion dar, die wegen der Vielzahl von Teilen besondere fertigungstechnische
Anforderungen stellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schutzrohrumschaltekontakt
mit Übergang zu .schaffen, der sich grundsätzlich vom Aufbau des bekannten Schutzrohrumschaltekontaktes
nicht unterscheidet. Dies ist aus Gründen der Typenbeschränkung von wesentlicher
Bedeutung. Der erfindungsgemäße Schutzrohrumschaltekontakt mit Übergang ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Umschaltekontaktfeder aus zwei Zungen besteht, die in der
Ruhelage beide auf dem Ruhekontaktstück aufliegen und von denen die eine so ausgebildet
ist, daß sie zu ihrer Betätigung eine geringere Erregung erfordert als die andere,
und die mit geringerer Erregung betätigte Zunge im angesprochenen Zustand mindestens
annähernd gesättigt ist.
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Diese vorstehend gekennzeichnete Konstruktion unterscheidet sich von
dem üblichen einfachen Schutzrohrumschaltekontakt (ohne Übergang) lediglich dadurch,
daß die Umschaltekontaktfeder aus zwei Zungen besteht, ohne daß sich prinzipiell
am Aufbau des Ruhekontaktstückes und des Arbeitskontaktstückes etwas ändert. Sie
gestattet es, von üblichen Schutzrohrumschaltekontakten -auszugehen und die beiden
erwähnten Zungen dadurch zu bilden, daß in der Umschaltekontaktfeder - eines üblichen
Schutzrohrumschaltekontaktes ein Längsschlitz angebracht wird.
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Das Prinzip sei nachfolgend erläutert.
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In den Fig. 1 und 2 ist ein: Schutzrohrumschaltekontakt mit Übergang
in der --Ruhelage dargestellt,
und zwar zeigt die Fig. 1 den Kontakt
in Seitensicht und die Fig. 2 in Draufsicht. In das Schutzrohr 1 sind von der einen
Seite das Ruhekontaktstück 2 und das Arbeitskontaktstück 3 eingeschmolzen. Das Ruhekontaktstück
2 besitzt an seinem im Glasrohr 1 befindlichen Ende ein Teil 4 aus nichtmagnetisierbarem
Material. Von der anderen Seite ist in das Glasrohr 1 die Umschaltekontaktfeder
5 eingeschmolzen, die in der gezeichneten Ruhelage auf dem nichtmagnetisierbaren
Teil 4 des Ruhekontaktstückes 2 aufliegt.
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Wie aus der Fig.2 hervorgeht, besitzt die Umschaltekontaktfeder 5
einen Längsschlitz 6, welcher die Umschaltekontaktfeder 5 in zwei Zungen 7 und 8
aufspaltet. Die Zunge 7 ist nun so ausgebildet, daß zu ihrer Betätigung eine geringere
Erregung erforderlich ist als für die Zunge B. Dies wird dadurch erreicht, daß die
Zunge 7 in bezug auf das Arbeitskontaktstück 3 eine größere Polfläche besitzt als
die Zunge B. Diese Polflächen werden durch die Flächen 9 und 10 gebildet. Wie ersichtlich,
ist die Fläche 9, mit der die Zunge 7 dem Arbeitskontaktstück 3 gegenübersteht,
größer als die entsprechende Fläche 1 0 bei der Zunge B. Infolgedessen wird mit
ansteigender Erregung dieses Kontaktes (die üblicherweise durch eine hier nicht
dargestellte, das Schutzrohr 1 umgebende Wicklung aufgebracht wird) der Fiuß im
Luftspalt zwischen der Zunge 7 und dem Arbeitskontaktstück 3 zuerst den Ansprechwert
dieser Zunge erreichen. Die Zunge 7 wird daraufhin an das Arbeitskontaktstück 3
herangezogen und gibt mit diesem Kontakt. Dieser Schaltzustand ist in der Fig. j
dargestellt, die den gleichen Kontakt in Seitensicht zeigt. Hierdurch verringert
sich der magnetische Widerstand zwischen der Zunge 7 und dem Arbeitskontaktstück
3 so weit, daß die Zunge 7 in Sättigung gerät. Die während dieses Vorganges ständig
weiter ansteigende Erregung bewirkt nun, daß infolge dieser Sättigungserscheinung
ein ständig stärker werdender Fluß der Zunge 8 aufgedrückt wird, der schließlich
den Ansprechwert dieser Zunge erreicht, so daß auch diese an das Arbeitskontaktstück
3 herangezogen wird und mit diesem Kontakt gibt. Dieser Zustand der Kontaktgabe
beider Zungen 7 und 8 mit dem Arbeitskontaktstück 3 ist in der Fig. a. dargestellt.
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Zu beachten ist hierbei, daß der Anstieg der Erregung gemäß einer
derartigen Zeitfunktion erfolgt, daß erst nach Ende der Umschlagszeit der Zunge
7 der Ansprechwert der Zunge 8 erreicht wird. Hierdurch wird die Übergangsfunktion
des Kontaktes mit Sicherheit gewährleistet. Wie ersichtlich, erfolgt bei dem vorstehend
beschriebenen Vorgang zunächst eine Kontaktgabe zwischen der Zunge 7 und dem Arbeitskontaktstück
3, bevor noch der über die Zunge 8 verlaufende Weg von der Kontaktfeder 5 zum Ruhekontaktstück
4 gelöst wird. Erst danach erfolgt die Auftrennung des Kontaktes zwischen der Kontaktfeder
5 und dem Ruhekontaktstück 2 durch Umlegung der Zunge B.
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Bei dem entgegengesetzten Vorgang der Aberregung des vorstehend beschriebenen
Kontaktes ergibt sich folgendes: Im angesprochenen Zustand des Kontaktes, dargestellt
in Fig.4, werden die beiden Zungen 7 und 8 von etwa gleichen Flüssen durchsetzt,
da für die Flüsse über die beiden Zungen infolge ihrer Auflage auf dem Arbeitskontaktstück
3 praktisch keine unterschiedlichen magnetischen Widerstände bestehen, die in diesem
Fall im weser_tlichen nur durch den Eisenquerschnitt bestimmt sind. Infolgedessen
ergeben sich für beide Zungen magnetische Anziehungskräfte, welche hinsichtlich
ihres Unterschiedes durch die verschiedenartige Größe der Auflageflächen auf dem
Arbeitskontaktstück 3 bestimmt sind. Es sind dies die Flächen 9 und IC) (Fig.2).
Nach bekannten physikalischen Gesetzen ergibt sich nun bei gleichem Fluß für die
Zunge mit größerer Auflagefläche, also die Zunge 7, eine geringere Anziehungskraft
als für die Zunge B. Infolgedessen wird mit abnehmender Erregung für die Zunge 7
die Abfallerregung zuerst erreicht, woraufhin diese vom Arbeitskontaktstück 3 abfällt.
Bei weiterer Aberregung verbleibt schließlich auch für die Zunge 8 nur noch die
Abfallerregung, so daß auch diese Zunge in die Ruhelage zurückkehrt. Auch bei diesem
vorstehend beschriebenen Vorgang ergibt sich ein Übergangseffekt, bei dem zunächst
die Zunge 7 mit dem Ruhekontaktstück 2 Kontakt gibt, bevo:-noch die Zunge 8 sich
von dem Arbeitskontaktstück 3 gelöst hat. Zu beachten ist hierbei, daß der Zeitraum
zwischen dem Erreichen der Abfallerregung für die Zunge 7 und anschließend für die
Zunge 8 größer ist als die Umschlagszeit der Zunge 7, damit der Übergangseffekt
mit Sicherheit gewährleistet ist.
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Wie aus den vorstehenden Darlegungen ersichtlich. ist zur Erzielung
des gewünschten Übergangseffektes der Anstieg bzw. das Abklingen des magnetischen
Flusses in den beiden Zungen der Umschaltekontaktfeder nach einer solchen Zeitfunktion
einzurichten. daß die aufeinanderfolgenden Ansprech- bzw. Abfallwerte der beiden
Zungen in größerem zeitlichem Abstand aufeinanderfolgen, als die Umschlagszeit der
jeweils zuerst betätigten Zunge währt.
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Diese Forderung läßt sich zweckmäßig dadurch erfüllen, daß man für
den Anstieg des Flusses die Zeitkonstante des die Erregerwicklung einschließenden
elektrischen Kreises und für den Abfall des Flusses die Zeitkonstante eines Dämpfungsstromkreises
entsprechend bestimmt. Im ersteren Fall läuft dies im wesentlichen darauf hinaus,
die Induktivität und den Widerstand der Erregerwicklung passend festzulegen. Im
letzteren Fall ist ein Dämpfungsstromkreis, beispielsweise eine Kurzschlußwicklung,
vorzusehen, die dafür sorgt, daß der Flußabfall in dem erforderlichen Zeitraum erfolgt.
Da nun eine Kurzschlußwicklung auch den Anstieg des Flusses beeinflußt, kann man
an Stelle dessen beispielsweise eine bekannte Schaltung mit einem die Erregerwicklung
im Fall des Abschaltens kurzschließenden Gleichrichter vorsehen, wenn eine solche
Beeinflussung des Anstiegs des Flusses unerwünscht ist. Damit ergibt sich für den
Schutzrohrumschaltekontakt die Möglichkeit, diesen nicht nur für den Ansprech- und
den Abfallvorgang gemeinsam mit Übergangseffekt arbeiten zu lassen, sondern den
Übergangseffekt auch wahlweise entweder nur für den Ansprechvorgang oder nur für
den Abfallvorgang vorzusehen. Für jeden dieser beiden letzteren Fälle ist lediglich
dafür zu sorgen, daß nu.-im Zusammenhang mit dem gewünschten Vorgang mit Übergangseffekt
eine entsprechende Einstellung der Zeitfunktion der Flußänderung erfolgt. Man erhält
damit einen Schutzrohrumschaltekontakt, der entweder nur beim Ansprechen oder nur
beim Abfallen den Übergangseffekt aufweist.
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An Hand der Fig. 1 bis 4 wurde beschrieben, wie sich das Prinzip,
die eine der beiden Zungen so auszubilden,
daß sie zu ihrer Betätigung
eine geringere Erregung erfordert als die andere, dadurch verwirklichen läßt, daß
man die Polfläche der beiden Zungen in bezug auf das Arbeitskontaktstück verschieden
groß ausbildet. Es gibt nun noch eine Reihe anderer Möglichkeiten, die nachstehend
beschrieben seien.
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Man kann den beiden Zungen eine unterschiedliche Kontaktkraft, d.
h. eine unterschiedliche Vorspannung, geben, mit der sie auf dem Ruhekontaktstück
aufliegen. Dies führt dazu, daß bei der Erregung zuerst die Zunge mit geringerer
Vorspannung betätigt wird und nach deren Sättigung die Betätigung der Zunge mit
größerer Vorspannung folgt. Bei der Aberregung löst sich vom Arbeitskontaktstück
zunächst die Zunge mit größerer Vorspannung (wenn man gleiche Polflächen voraussetzt),
woran sich der Abfall der Zunge mit geringerer Vorspannung anschließt.
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Der Übergangseffekt kann auch dadurch erzielt werden, daß man den
beiden Zungen eine unterschiedliche magnetische Leitfähigkeit gibt. In diesem Fall
wird bei der Erregung zunächst die Zunge mit größerer magnetischer Leitfähigkeit
betätigt und danach die Zunge mit der geringeren Leitfähigkeit. Bei der Aberregung
fällt zuerst die Zunge mit geringerer Leitfähigkeit ab, danach folgt die Zunge mit
der größeren Leitfähigkeit (bei gleicher Polfläche). Diese Vorgänge entsprechen
in ihrer Reihenfolge der Betätigungsweise eines Kontaktes, bei dem, wie vorstehend
beschrieben, die beiden Zungen unterschiedliche Vorspannungen besitzen. Diese Wirkung
ergibt sich daraus, daß die Zunge mit der größeren magnetischen Leitfähigkeit den
stärkeren Fluß führt und infolgedessen auf diese Zunge stärkere Kräfte wirken.
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Es ist vorteilhaft, diese verschiedenen Wege miteinander zu kombinieren.
Eine entsprechende Ausführungsform ergibt sich beispielsweise dann, wenn man die
Umschaltekontaktfeder mit einem Längsschlitz versieht (s. Fig. 2), diesen Längsschlitz
jedoch nicht in der Mitte, sondern seitlich versetzt anbringt und zusätzlich der
schmäleren Zunge die größere Vorspannung gibt. In diesem Fall ergeben sich für die
schmälere Zunge ein größerer magnetischer Widerstand und eine größere Kontaktkraft,
mit der sie auf dem Ruhekontaktstück aufliegt. Infolgedessen spricht bei der Erregung
die breitere Zunge zuerst an. Hierbei ist zu beachten, daß sich bei gleich langen
Zungen für die schmälere Zunge eine geringere Polfläche ergibt als für die breitere
Zunge. Infolgedessen besitzt die schmälere Zunge die Tendenz, bei der Aberregung
später abzufallen als die breitere Zunge. Diese Tendenz wirkt dem Bestreben nach
früherem Abfall, gegeben durch den größeren magnetischen Widerstand und die größere
Vorspannung, entgegen. Diese beiden gegenläufigen Tendenzen sind also bei einer
Kombination entsprechend zu berücksichtigen bzw. können auch zu einer Kompensation
ausgenutzt werden, wenn ein Kontakt erwünscht ist, der nur beim Ansprechen den Übergangseffekt
zeigt.
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Aus den vorstehenden Darlegungen ist ersichtlich, daß sich durch die
richtige Ausnutzung der vorstehend beschriebenen Wirkungen ein unter allen Betriebsverhältnissen
sicher arbeitender Kontaktaufbau erzielen läßt.