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Elektrische Schaltvorrichtung für Schütze mit unverzögerter Ein- und
Ausschaltung von Hand und verzögerter selbsttätiger Ausschaltung Die Erfindung bezieht
sich auf eine elektrische Schaltvorrichtung für Schütze, die unv erzögert von Hand
betätigt werden soll, um einen Stromkreis schnell zu öffnen und zu schließen, und
die bei selbsttätiger Betätigung die Öffnung des Stromkreises mit Zeitverzögerung
ausführt. Sie hat die Herstellung einer einfachen, zuverlässigen und billigen Vorrichtung
dieser Art zum Gegenstand. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
ein strom- oder spannungsabhängiger, über Hilfskontakte des Schützes gespeister
Elektromagnet mit Anker einen Schalter im Auslösekreis bzw. im Haltekreis des Schützes
über ein schwenkbar gelagertes Zahnsegment steuert, dessen Zähne infolge Federwirkung
mit dem Treibrad eines Hemmwerks in Eingriff stehen und dessen Drehachse derart
beweglich gelagert ist, daß das Zahnsegment zwecks unverzögerter Auslösung entgegen
der Federwirkung außer Eingriff mit dem Treibrad gebracht werden kann.
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Die Schaltvorrichtung nach der Erfindung zeichnet sich gegenüber bekannten
ähnlichen Anordnungen insbesondere dadurch aus, daß die Triebteile beim Ein- und
Auskuppeln vor und nach unverzögerter Handauslösung ganz besonders geschont werden,
was insbesondere durch die federnde und daher leicht lösbare Kupplung zwischen Zahnsegment
und Treibrad des Verzögerungswerkes erreicht wird.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung soll ein Ausführungsbeispiel
an Hand der Zeichnung erläutert werden. Dabei bedeutet Abb. i eine teils perspektivische,
teils schematische Darstellung einer Schaltvorrichtung nach der Erfindung mit unverzögerter
Handschaltung und verzögerter selbsttätiger Ausschaltung in Anwendung auf eine Anlage
zum Schutz gegen Unterspannung. Abb. a veranschaulicht eine vergrößerte Wiedergabe
eines Teils des in Abb. i dargestellten Schaltwerks, teilweise geschnitten. Abb.3
und q. zeigen einen Teil der Verzögerungsvorrichtung in zwei verschiedenen Seitenansichten,
ebenfalls teilweise geschnitten. Abb. 5 ist ein Achsenschnitt durch ein Fernbetätigungsgestänge
für eine Schaltvorrichtung nach Abb. i, während Abb. 6 einen Teil dieser Vorrichtung
in Seitenansicht und in anderer Betriebsstellung wiedergibt. Abb. 7 endlich zeigt
eine Einzelheit aus Abb.5 und 6 in einem Schnitt quer zur Längsachse.
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Die Anordnung nach Abb. i bis q. umfaßt einen Hubmagneten io und zwei
Handbetätigungsdrucklenöpfeii und 1a zur Steuerung der Erregerwicklung 13 eines
Schützes 14. mit Hilfskontakt 17, das den Arbeitskreis 15, 16
schaltet.
Der Hubmagnet io hat eineErregerwicklung 18 und einen beweglichen Kern i9, der normalerweise
infolge seiner Schwere nicht angehoben ist und der mittels einen Verbindungsstückes
2o mit einem auf ei @,c beweglichen Welle22 gelagertenZahnsegme z verbunden ist.
Wenn das Zahnsegment 2 r sich in der Stellung der Zeichnung befindet, so liegt ein
Endteil 23 von ihm gegen einen .Schalter 24, der in Form eines zweiarmigen
Hebels um eine Achse 25 drehbar ist und an seinem freien unteren Ende eine Schaltbrücke
26 zur Überbrückung der Kontakte 27 trägt. In der gezeichneten Stellung hält das
Zahnsegment 2 i die Schaltbrücke 26 entgegen einer Federkraft 28 in der Offenstellung.
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Um eine Zeitverzögerung zu erzielen, wenn der Magnetkern i9 und das
Zahnsegment 21 aus der Hubstellung in die gezeichnete Stellung herabgehen, ist eine
Verzögerungsvorrichtung mit einem Treibrad 29 vorgesehen, das in die Zähne 3o des
Zahnsegments 21 eingreifen kann. Obwohl jede geeignete Verzögerungsvorrichtung benutzt
werden kann, die einen wirklich plötzlichen, d. h. unverzögerten Ablauf des- Treibrades
29 in der einen Richtung gestattet, während es in der anderen Drehrichtung mit Zeitverzögerung
arbeitet, ist die in der Zeichnung dargestellte, an sich bekannte Verzögerungsvorrichtung
besonders zweckmäßig: Sie besitzt ein Pendelgewicht 31, das um eine Achse 32 schwingen
kann, auf der das Treibrad 29 befestigt ist. Das Gewicht wird durch den Anker 33
einer Ankerhemmung 33, 38 angetrieben, der auf einer Achse 34 sitzt, und zwar über
ein Antriebsglied 35 auf der gleichen Achse. An dem Glied 35 ist verstellbar ein
Stift 36 befestigt, der mit einem Ende in einem Schlitz 37 des Pendelgewichts 31
gleitet. Die Welle 32 trägt das Steigrad 38 zum Antrieb des Ankers 33.
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Um einen ungehemmten augenblicklichen Aufzug des Zahnsegments 21 bei
Erregung der Wicklung 18 zu ermöglichen, ist das Steigrad 38 mit einer Einwegsperrung
versehen, die eine Antriebsverbindung zwischen Welle 32 und Steigrad 38 nur herstellt,
wenn der Magnetanker i9 sich bei Enterregung der Wicklung 18 aus der Hubstellung
herabbewegt. Die Abb. 3 und 4 lassen erkennen, daß das Steigrad 38 ein zylindrischer
IIohlkörper ist, dessen Innenwandung (Mantel) eine feine. Zahnung 39 aufweist. Die
Welle 32 trägt ein Kreuz 4o, an dessen Armen eine Anzahl von Klinken 41 schwenkbar
befestigt sind: Diese Klinken haben angeschärfte Enden, mit denen sie in die Zähne
39 eingreifen, wenn die Welle 32 im Gegensinne des Uhrzeigers gedreht wird, wie
es in Abb.3 dargestellt ist. Dagegen gleiten die Klinken, ohne einzukuppeln, über
die Zähne 39 hinweg, wenn die Welle 32 sieh im Sinne des. Uhr-,,zeigers dreht (Abb.
3).
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.Um eine wirklich verzögerungsfreie Be-'V@ung des Schalters 24 in
die Offenstellung erzielen, ist der Druckknopf i z an einem 'aus zwei beweglichen
Armen bestehenden Rahmen 42 befestigt. Der eine dieser Arme ist mit einem Stift
43 versehen, der sich gegen einen Vorsprung 44 des Schalters 24 legen kann. Die
beweglichen Arme 42 sind um eine feste Welle 45 schwenkbar und tragen ihrerseits
die bewegliche Achse 22; auf der das Zahnsegment 21 gelagert ist. Eine Feder 46,
deren eines Ende sich gegen die Welle 45' stützt und deren anderes Ende in das Zahnsegment
2i eingreift, lenkt dieses Segment und die beweglichen Arme 42 in die in der Abb.
i dargestellte Stellung. Der »Ein«-Knopf 12 wird normalerweise durch eine nicht
gezeichnete Feder in der dargestellten Offenstellung gehalten; er arbeitet gegen
zwei feste Kontakte 47.
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Nach Beschreibung der Hauptbestandteile der erfindungsgemäßenAnordnung
wird diese durch Beschreibung der Wirkungsweise leicht verständlich werden. Beim
Drücken des »Ein«-Knopfes 12 wird ein Erregerkreis für die Wicklung 13 des Schützes
14 geschlossen; der von dem Netzleiter 48 über die Kontakte 47, die Leiter 49 und
5o, die Wicklung 13 und den Leiter 51 zu dem Netzleiter 52 führt. Das Schütz 14
spricht an. Gleichzeitig finit der Schließung des Hauptkontaktes 14 werden die Hilfskontakte
17 und damit ein Erregerkreis für den Hubmagneten io geschlossen, der von dem Netzleiter
48 über die Kontakte 47, Leiter 49, 50 und 53, Hilfskontakte 17, Leiter 54., Erregerwicklung
18 und Leiter 55 zu dem Netzleiter 52 führt. Infolge Erregung der Wicklung 18 wird
der Magnetkern ig in seine Anzugsstellung gehoben und das -Zahnsegment 21 um seine
Welle 22 geschwenkt, so daß der Schalter 24 unter Wirkung der Federkraft 28 den
Haltestromkreis für das Schütz 14 und den Hubmagneten io schließen kann. Der Haltestromkreis
für die Wicklung 13 verläuft dabei vom Netzleiter 48 über den Leiter 56, die Kontakte
27, Brücke 26, Leiter 5o, Wicklung 13 und Leiter 51 nach dem Netzleiter 52. Der
Haltestromkreis für die Vorrichtung io verläuft entsprechend. Da die Haltekreise
automatisch zusammen finit dem Hauptkontakt des Schützes 14 geschlossen werden,
ist es klar, daß der Druckknopf 12 nur kurzzeitig betätigt zu werden braucht.
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Offenbar bleiben Schütz 14 und Hubmagnet io in ihrer Einschaltstellung,
solange die nor- i male Spannung im Netz 48, 52 herrscht. Sobald jedoch ein Spannungsabfall
eintritt,
werden die Wicklungen 13 und 18 enterregt. Das Schütz
14 geht augenblicklich in die gezeichnete Ausgangsstellung und unterbricht den Arbeitskreis
15, 16, und der Kern ig fällt in die Stellung gemäß der Zeichnung i. Der' Abfall
des Ankers ig und des damit gekuppelten Zahnsegments 21 erfolgt indessen mit Verzögerung,
gebremst durch die Verzögerungsvorrichtung, so daß die Schaltbrücke 26 nicht augenblicklich
in ihre Offenstellung überführt wird. Wenn daher normale Spannungsverhältnisse wiederkehren,
bevor der Kern des Hubmagneten io völlig abgesunken ist, werden die Wicklungen 13
und 18 wieder erregt und ihre Haltestromkreise geschlossen.
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Wenn man dagegen den Haltekreis unverzögert öffnen und das Schütz
14 augenblicklich enterregen will, so ist es nur notwendig, deri »Aus«-Knopf ii
zu drücken, so daß die Arme 42 urn ihre Welle 45 geschwenkt werden. Dann stößt nämlich
der Stift 43 gegen den Vorsprung 44 des Schalters 24 und hebt dadurch dessen Schaltbrücke
26 von den Kontakten 27 ab. Die Wicklungen 13 und 18 werden hierdurch augenblicklich
enterregt. Da die schwenkbare Achse 22 gleichzeitig derart nach hinten bewegt wird,
daß das Zahnsegment 2i außer Eingriff mit dem Treibrad 29 kommt, fallen ersteres
und der Magnetkern ig unverzögert in die Normalstellung gemäß Abb. i, wo sie den
Schalter 24 in seiner Offenstellung halten, wenn der »Aus«-Knopf i i wieder freigegeben
wird.
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Da der »Aus«-Knopf jederzeit betätigt werden kann, kommt das Treibrad
29 unter Umständen in einer solchen Stellung zur Ruhe; daß es in die Zähne 3o des
Zahnsegments 21 nicht wieder einfallen kann, wenn der Knopf i i losgelassen wird.
Infolgedessen ist besondere Vorsorge getroffen, daß nach jeder unverzögertenAbschaltung
mittels des »Aus«-Knopfes i i das Treibrad 29 selbsttätig wieder in Eingriffsstellung
mit den Zähnen des Zahnsegments 21 gebracht wird. Aus Abb. 2 ist nämlich erkenntlich,
daß das Zahnsegment 21 mit einem zahnlosen Abschnitt 57 versehen ist, so daß die
Zähne 3o sich nur zwischen ihm und dem Ende 23 des Segments befinden. Die Krümmung
des Abschnitts 57 ist nun derart, daß das Treibrad 2o, wenn es in der Stellung gemäß
Abb. 2, d. h. mit zwei benachbarten Zähnen gegen die Krüintnung57 gelehnt ist, ungehindert
in die Zähne 3o einfallen kann. Wie erinnerlich, umgibt die Feder 46 die Achse 22
und legt sich mit einem Ende um die feste Achse 45, während das andere Federende
in dem Zahnsegment 21 verankert ist. Infolgedessen wird das Zalinsegmentßi entgegen
demUhrzeigersinne um die Achse 22 und gleichzeitig die Achse 22 im Uhrzeigersinne
um die Achse 45 gedrückt, und zwar derart, daß der Schwenkpunkt des Zahnsegments
in Richtung auf das Treibrad 29 gedrückt wird. Wenn daher das Treibrad zufällig
nur mit einem Zahn Schräg gegen den Abschnitt 57 stößt, übt das Zahnsegment 2 i
eine Kraft auf das Treibrad derart aus, daß es schnell in die Stellung gemäß der
Abb. 2 gedreht wird. Wenn sich jedoch das Treibrad 29 zufällig in solcher Stellung
befindet, daß ein Zahn senkrecht auf der Oberfläche steht, so besteht ein unstabiles
Gleichgewicht für das Zahnsegment 2i, das durch die leichteste Bewegung gestört
wird. Infolgedessen wird das Treibrad 29 ein wenig gedreht und das Zahnsegment 21
sich sehr bald in der Stellung nach Abb. 2 befinden.
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Bei manchen Anwendungen der Erfindung, beispielsweise für die Überwachung
von Maschinen, ist Handfernsteuerung wünschenswert. Diese geschieht in vielen Fällen
vorteilhaft auf mechanischem Wege mittels eines Steuergestänges. In den Abb. 5 bis
7 ist eine solche Vorrichtung dargestellt, bei der der Schalter 24 durch ein Steuergestänge
betätigt wird. Bei dieser Verkörperung der Erfindung fallen die Druckknöpfe ii und
i2 und die Kontakte 47 fort, indem der Schalter 24 direkt von dem Steuergestänge
betätigt wird. Dazu ist er um ein kurzes Stück über die Kontaktbrücke 26 hinaus
verlängert, vgl. die Verlängerung 58.
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An der Tragplatte 59 des Hubmagneten io ist eine Welle 6o gelagert,
auf der verschieblich ein Gleitzylinder 61 angebracht ist. An dem Ende dieses Gleitzylinders
ist schwenkbar ein Stab 62 angelenkt, der über einen Leerlauf 63 durch irgendeinen
geeigneten Hebel, Gestänge o. dgl. 64 betätigt wird. Der Gleitzylinder 61 ist mit
zwei in der Achsrichtung flach auslaufenden Ringvertiefungen 65 und 66 versehen,
deren benachbarte Wände in einem Kranz 67 zusammenstoßen. Ein Steuerkörper 68, vorzugsweise
aus Isoliermaterial, umgibt axial verschiebbar den Gleitzylinder 61. Er wird normalerweise
in der einen oder anderen von zwei Stellungen durch Sperrvorrichtungen gehalten,
die aus einer Anzahl von Stahlkugeln 69 bestehen, welche in radialen Führungskanälen
7o des Steuerkörpers 68 ruhen. Der Steuerkörper68 ist ferner mit einer ringförmigen
Vertiefung versehen, in welcher eine Ringfeder 71 lagert, welche die Kugeln 69 in
die eine oder andere Ringvertiefung 65 oder 66 zu drücken sucht.
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Zwecks Überführung des Schalters 24 in die Offen- oder Geschlossenstellung
ist der Steuerkörper 68 mit einer Ringnut 72 versehen, in welche die Verlängerung
58 des Schalters eingreift, wobei die Seitenwände der Nut 72 als die einzige Kraftübertragung
zwischen
dem Hebel 64. und dem Schalter 24
dienen. An dem Gleitzylinder 61 ist 'eine
Daumenscheibe 73 befestigt, die gegeneinander geneigte Kegelflächen aufweist, welche
in einem Kranz 74 zusammenstoßen: Eine Ringfeder 75 legt sich gegen die eine oder
andere Kegelfläche der Daumenscheibe 73 und erzeugt beim Übergleiten von
der einen auf die andere Fläche eine ruckartige Axialver-Schiebung des Gleitzylinders
61. Die Feder 75 ist dabei durch zwei mittels eines Armes 78 an der Tragplatte 59
befestigte Abstandplatten 76 und 77 unverschiebbar in ihrer Lage gehalten.
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Wenn der Hubmagnet io erregt und das' Schütz 14. geschlossen werden
soll, muß das Gestänge 6.4 aus der gezeichneten Stellung der Abb. 5 nach rechts
bewegt werden, um nach Überwindung des Leerlaufs 63 die Stange 62 zu betätigen,
wodurch der Gleitzylinder 61 nebst Daumenscheibe 73 gegen die Tragwand 59 verschoben
wird. Diese Längsbewegung des Körpers 61 drückt die Feder 75 gegen die Platte 77,
so daß sie auf der rechten Kegelfläche aufwärts steigt. In dein Augenblick, in dem
die Feder 75 über den Kranz 7.4 rutscht, wird der Gleitzylinder 61 in einer Sprungbewegung
nach rechts bewegt, indem die Leerlaufverbindung 63 diese Schnappbewegung unabhängig
von der Stange 64. gestattet. Zusammen mit dem Gleitzylinder 61 wird der darauf
sitzende Steuerkörper 68 nach rechts bewegt, wobei die Kugeln 69 durch Federpressung
in den Vertiefungen 66 verriegelnd gehalten werden. Zugleich legt sich die linke
Schulter der Ringnut 72 gegen die Verlängerung 58 des Schalters 24 und bewegt diesen
entgegen der durch das Zahnsegment 21 darauf ausgeübten Kraft in die Schlußstellung.
Dadurch wird der Erregerstromkreis für die Wicklung 13 des Schützes 1d. bzw. für
die Wicklung 18 des Hubmagneten io geschlossen. Diese Kreise sind bereits oben an
Hand der Abb. i verfolgt worden.
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Damit das Schaltglied 24. für automatische Ausschaltung durch den
Hubmagneten io jederzeit freigegeben ist, ist die Handsteuerung finit Mitteln versehen,
die das Schaltglied 24 automatisch freigeben, sobald mit ihr eine Umschaltung des
Schalters 24. durchgeführt worden ist. Wenn nämlich beim Stromschluß die Kontaktbrücke
26 auf die Kontakte 27 aufsetzt, wird dadurch eine weitere Bewegung des Steuerkörpers
68 nach rechts hin verhindert. Die dabei durch die Feder 75 ausgeübte Kraft ist
genügend, um die Kupplung des Steuerkörpers 68 mit dem Gleitzylinder 61 durch die
Kugeln 69 und Feder 71 zu überwinden. Infolgedessen bewegt sich der Gleitzylinder
61 weiter nach rechts, so daß die Kugeln 69 durch die linke Seitenfläche der Ringvertiefung
66 auf den Kranz 67 hinaufgedrückt werden. Sobald die Kugeln diesen überschreiten,
wird der Zylinderkörper 68 durch die Feder 71 sprungartig nach links in die Stellung
gemäß Abb. 6 bewegt. Dabei gibt er das Ende 58 des Schalters 24 für die etwaige
automatische Öffnung frei.
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Der Schalter 2q. kann jederzeit auch vom Hand in die Offenstellung
gebracht werden, indem der Steuerhebel 64 nach links bewegt wird. Die Tätigkeit
der Handsteuerung ist dabei sinngemäß dieselbe, wie beim Einschalten, nur in umgekehrter
Richtung. Das heißt, die Feder 75 überschreitet die Erhebung 74 und drückt auf die
rechte Kegelfläche der Daumenscheibe 73, wodurch der Gleitzylinder 61 nebst Steuerkörper
68 und Schalterende 58 sprungartig nach links geführt wird. Wenn der Schalter 24
seine äußerste Offen-Stellung erreicht, ist der dadurch auf den Steuerkörper 61
nach rechts hin ausgeübte Druck ausreichend, um die Kupplung durch die Kugeln 69
und Feder 71 zu lösen, so daß die Kugeln aus der Ringvertiefung 61 heraus über den
Kranz 67 rutschen und den Steuerkörper sprungartig in die Ausgangsstellung gemäß
Abb. 5 zurückführen, womit das Schalterende 58 wieder frei liegt.
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An Stelle des Hubmagneten iö mit Kern i9 kann auch jede andere Strom-
oder spannungsabhängige geeignete Vorrichtung zur Steuerung des Zahnsegments 2 i
dienen. Demgemäß bezieht sich die Erfindung auch nicht nur auf den beschriebenen
Unterspannungsausschalterä sondern kann sinngemäß., für Überstrom-, Berührungsschutz-
und andere Schalter ausgebildet werden.