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Schalteinrichtung Die Erfindung bezweckt vornehmlich die Verbesserung
von Schalteinrichtungen, bei denen die Öffnungsbewegung der Kontakte von einer hauptstromdurchfiossenen
Haltespule gesteuert wird. Mit Hilfe einer solchen Steuereinrichtung können die-
Kontakte, solange der über sie fließende Hauptstrom große Augenblickswerte hat;
mit hohem A-npreßdruck geschlossen gehalten und ihre Öffnung nach einem geeigneten
Steuer- oder Auslösevorgang erst dann zugelassen werden, nachdem der Strom einen
vorbestimmten Mindestwert unterschritten hat. Dieser Mindestwert kann.nicht ohne-
weiteres beliebig, klein gehalten werden, sondern er steht in einer bestimmten Beziehung
zum Nennstrom. Je höher :der letztere ist, um- so größer ist der zu seiner Übertragung
erforderliche Kontaktdruck, um so kräftiger :muß also der Haltemagnet sein: Durch
die Stärke des Magneten ist aber -auch: die Größe der Rückstellkraft und damit die
Mindesterregung bedangt, bei deren Unterschreitung der Anker des Magneten losgelassen
wird. Wenn ,dabei -durch den a-Mallenden Anker die Unterbrechungskontakte geöffnet
werden, so kann an diesen schädliches Schaltfeuer auftreten, weil der im Unterbrechungsaugenblick
vorhandene Augen-Nickswert des Stromes noch einen höheren Wert hat, als zur Vermeidung
von Schaltfeuer zulässig wäre.
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Erfindungsgemäß -werden mindestens zwei Kontaktsätze; von denen der
eine mit einem größeren Magnetsystem ausgerüstete für . höhere Stromstärken und
der andere mit einem kleineren Magnetsystem und. mit kleinerer
Masse
der . beweglichen Teile ausgerüstete für kleinere Stromstärken bestimmt ist, zueinander
parallel geschaltet, wobei die Wicklungen der . Magnetsysteme hintereinander und
in Reihe mit der Parallelschaltung der Kontaktsätze geschaltet sind. Infolgedessen
können zunächst die größeren Kontakte, während die kleineren noch geschlossen bleiben,
stromlos geöffnet werden, und der Mindestwert des Haltestromes der kleineren Kontakte
kann, .da die Nennerregung ihres Magnetsystems schwächer sein darf, so klein gewählt
werden, daß bei ihrer nachträglichen Öffnung schädliches Schaltfeuer sicher vermieden
wird. Falls zur Erzielung eines genügend kleinen Unterbrechungsstromes bei gegebenem
Nennstrom zwei gestaffelte Kontaktsysteme nicht ausreichen, können auch drei oder
mehr der Größe nach abgestufte Kontaktsätze zueinander parallel @geschaltet sein,
für die eine gleiche Anzahl der Größe nach abgestufter und sämtlich in Serie geschalteter
Haltesysteme vorgesehen ist. Die Anordnung eignet sich sowohl für Gleichstrom als
auch für Wechselstrom, wobei für den ersteren eine zusätzliche Einrichtung zur Erzwingung
eines Stromnulldurchganges vor-. zusehen ist, z. B. in Gestalt eines Hilfsstromkreises,
durch den eine zusätzliche Spannung auf einen die Kontakte enthaltenden Stromkreis
zur Wirkung gebracht wird, oder in Gestalt eines aufgeladenen Kondensators, der
einen Stromstoß in entgegengesetzter Richtung über die Kontakte zu treiben vermag,
oder eine andere an sich bekannte Einrichtung zur Erzeugung eines der treibenden
Spannung entgegengerichteten Spannungsstoßes.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Fig. i zeigt eine einphasige Schaltanordnung in schematischer Darstellung.
In Fig.2 ist eine.Ausführungsform teilweise im Schnitt dargestellt, während in Fi:g,
3 bis 6 eine andere Ausführungsform in verschiedenen Ansichten abgebildet ist. Entsprechende
Teile sind in sämtlichen Fig4ren mit gleichen Bezugszeichen versehen-.-Nach Fig.
i führt eine Leitung ii von einer nicht dargestellten Stromquelle zunächst zu einer
.die Unterbrechung erleichternden Wicklung oder Impedanz .mit veränderlichem Widerstandswert,
durch dessen selbsttätige oder selbsttätig gesteuerte Veränderung eine stromschwache
Pause-in der Nähe der Stromnullwerte hervorgerufen wird. Dazu kann u. a. eine Drossel
12- mit bei Nennstrom hochgesättigtem Magnetkern 13 verwendet werden, der sich beispielsweise
bei einem vernachlässigbar :kleinen und zur Bildung von Schaltfeuer nicht ausreichenden
Stromwert sprunghaft entsättigt. Von der Drossel 1s führt eine Verbindungsleitung
1q. zu einer größeren Haltespule 15 und über eine weitere Verbindungsleitung 16
zu einer kleineren Haltespule 17- Hinter einem weiteren Verbindungsstück 18 verzweigt
sich die stromführende Leitung zu den beiden Kontaktsätzen f9 bis 2 i und 22 bis
24 und vereinigt sich dann wieder zu einer abgehenden Leitung 25, an die `sich ein
Verbraucher o. dgl. anschließen kann, der ebenso wie die Rückleitung zur Stromquelle
in .der Zeichnung weggelassen ist.
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Die kleineren Kontakte 22 bis 2q. brauchen nur für einen Bruchteil
des Nennstromes der ganzen Anordnung bemessen zu sein, weil sie bei hohen Augenblickswerten
des Stromes durch die größeren Kontakte i9 bis 2r, die den Hauptanteil des Stromes
übernehmen, entlastet werden und jedesmal erst, nachdem der Anker des größeren Magneten
abgefallen ist, für kurze Zeit -einen Strom zu führen haben, dessen Werte kleiner
sind als der Mindesthaltestrom des größeren Magneten. Es empfiehlt sich, die von
der Parallelschaltung der beiden Kontaktsätze gebildete Stromschleife bei der praktischen
Ausführung so ` kurz wie möglich zu machen, damit bei der Öffnung der größeren Kontakte
der über diese etwa noch fließende Reststrom leicht und ohne induktive Verzögerung
auf die kleineren Kontakte übergehen kann.
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-Für die größeren Kontaktsätze i9 bis 2,1 ist eine Einschaltspule26
vorgesehen. Parallel zu den Kontaktsätzen kann ferner zur Verzögerung der wiederkehrenden
Spannung ein vorzugsweise kapazitiver P.arallelpfa-d angeordnet sein, der beispielsweise
durch einen Kondensator 27 und einen Dämpfungswiderstand 28 verkörpert ist.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten .Anordnung der Teile 1q. bis 25 sind
die Hauptstrom-Leitungen als Stromschienen ausgeführt. Die Schiene 1q: geht in eine
aus zwei parallelen Wicklungszweigen bestehende, hochkant gewickelte Doppelspule
15 über, die einen Eisenkern 29 umgibt, zu welchem ein Anker 3o gehört. Einige Windungen
17 dieser Doppelspule sind gleichzeitig mit einem kleineren Magnetkern 31
verkettet und stellen somit dessen Erregerwicklung dar. Der Querschnitt dieser Windungen
ist an der Stelle, an der sie den Eisenkern 31 durchsetzen, auf etwa 1/;,
verengt. Dies ist zulässig, weil die Länge der verengten Stelle klein ist und die
erhöhte Verlustwärme von dieser Stelle aus durch die unmittelbar -benachbarten Teile
größeren Querschnitts abfließen kann. Zu dem kleineren Magneten 31 gehört ein Anker
32, der i eine sehr kleine Masse besitzt. Dieser wird in der dargestellten Schließstellung
durch
den .größeren Anker 3o über -ein Zwischenstück 33 aus elastischem
Stoff; z. B. Gummi, festgehalten. An dem Anker 32 ist mittels eines vorzugsweise-,aus
Isolierstoff bestehenden Gestänges 34 :die bewegliche Kontaktbrücke 24 befestigt.
Die -Länge des Gestänges ist z. B. mittels eines Gewindes einstellbar, mit welchem
ein rohrförmiger Teil des Gestänges über einen am Anker 32 befestigten Gewindebolzen
greift. Das Gestänge ist gegen den größeren Anker 30 durch eine verhältnismäßig
schwache Druckfeder 35 abgestützt. Die Auflagestellen dieser Feder können gegeneinander
verstellt werden. Damit kann die Vorspannung der, Feder so eingestellt werden, däß
die Druckkraft der Feder in zusammengedrückten Zustande kleiner ist als die Haltekraft
d es kleineren Magneten 31,
32 bei einem vorbestimmten Kleinstwert des Erregerstromes.
Der letztere ist so zu wählen, daü bei seiner Unterschreitung' die Kontaktbrücke
24 durch Abfallen des Ankers 32 ohne schädliches Schaltfeuer geöffnet werden kann.
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Die ruhenden Kontakte 22 - und 23 sind ebenso wie .die ruhenden Teile
rg und 2o des größeren Kontaktsatzes als besondere Einsatzstücke in Aussparungen
der fest verlegten Stromschienen =8 und 25 eingesetzt. Die bewegliche Kontaktbrücke
21 ist über -eine aus mehreren übereinander gestapelten Federblättern bestehende
Flachfeder 37 und einen Bügel 36 mit Odem Anker 30 verbunden. Damit der Anker
30 nicht unter Spannung steht, kann entweder der Bügel 36 mindestens z. T.
aus Isolierstoff besteben,. oder- es können besondere Isolierzwischenlagen vorgesehen
sein. Der Hub der Flachfeder 37 wird z. B.-durch eine _Hub 38-begrenzt. Durch die
Flachfeder 37 wird der Anker-3o von dem-Magneten 29 abgerissen, sobald die- Haltekraft
des in der Spüle 15 fließenden Stromes ihren vorbestimmten Mindestwert unterschreitet.
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Die - Weiterbewegung des - Ankers 30 Und, die damit verbundene
Öffnungsbewegung der Kontaktbrücke 21 erfordern eine verhältnismäßig geringe Kraft.
Diese kann z. B.. durch, einen besonderen Magneten aufgebracht werden. In Fg. 2
ist zu diesem Zweck ein polarisiertes Magnetsystem -39 vorgesehen, das aus Symmetriegründen
als Doppelsystem ausgebildet ist. Seine mittleren Schenkel tragen polarisierende
Gleicl@strornerregerwicklungen -40, auf den äußeren Schenkeln sind Wicklungen 41
angeordnet, deren Erregung die Offnungsbewegung der Kontaktbrücke 21 verursacht.
Die inneren, dem. Magneten 29' zugekehrten Schenkel tragen Einschaltspulen26.
Es ist auch möglich, den Hauptmagneten-29 in das polarisierte Magnetsystem mit einzubeziehen
und --dabei gegebenenfalls die Einschaltspulen wegzulassen. Statt der Einschaltspule
26 oder der Öffnungsspule 41 können auch .geeignete Feder- oder Gewichtskräfte zur
Schließung bzw. COffnung der Kontakte angewendet werden, wobei gegebenenfalls das
Gewicht der beweglichen Teile nutzbar gemacht werden kann. -Sollen mit der beschriebenen
Einrichtung fallweise einmalige Schaltungen vorgenommen werden, so kann bei Wechselstrom
durch eine mechanische Sperre oder durch eine anfiere zusätzliche mechanische Kraft;
die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, oder durch Erregung der Wicklung 26
dafür gesorgt werden, daß der Anker 30 in eingeschaltetem Zustande in Ruhe bleibt.
Ebenso können während dieser Zeit :die Spulen 17 und 18 durch eine an sich bekannte
überbrückungseinrichtung kurzgeschlossen werden, so daü ihr induktiver Widerstand
im Stromkreis nicht wirksam ist. Soll der Stromkreis geöffnet werden, so wird zunächst
.durch eine geeignete Auslöse- oder Steuereinrichtung die Überbrückung der Spulen
15 und 17 aufgehoben, die zusätzliche mechanische oder elektrische Haltekraft durch
Beseitigung der mechanischen Sperrung bzw. durch Entregung der Spule 26 unwirksam
gemacht und gleichzeitig die bffnungskraft beispielsweise durch Erregung der Spule
4i in Wirksamkeit gesetzt. Hat nach dieser vorbereitenden Handlungder Strom in der
Spule 15 auf dem fallenden Ast der Stromkurve den zum Festhalten des Ankers 3o erforderlichen
Wert unterschritten, so wird der Anker 3o durch die Blattfeder 37 vom Magneten 29
abgerissen und hierauf durch .die Öffnungskraft unter Mitnahme der Kontaktbrücke
2z in -die Ausschaltstellung gebracht. Der Strom wird jedoch zunächst über den kleineren
Kontaktsatz 22 bis 24 aufrechterhalten, da der Anker 32 in .angezogener Stellung
verbleibt. Erst wenn in derselben Halbwelle der wesentlich kleinere Wert des Haltestromes
des kleineren Magneten 31 unterschritten wird, fällt auch der Anker' 32 ab, wobei
die Kontaktbrücke 24 geöffnet wird. Die neue Schließung wird entweder mit-Hilfe
einer nicht dargestellten mechanischen Kraft oder mit Hilfe !der Einschaltwicklung
26 vorgenommen. Hierbei nimmt der Anker 30, auf den .die Einschaltkraft wirkt, den
Anker 32 in die Schließstallung mit. Bei periodischer Arbeitsweise, z. B. zu Umformungszwecken,
können die für den Ruhezustand vorgesehenen Sperreinrichtungen wegfallen. Sie können
aber .auch als zusätzliche Steuerungsmittel für Störungsfälle und andere außergewöhnliche
Betriebszustände, z: B. für :die Inbetriebsetzung oder Stillegung; beibehalten werden.
Es
-ist ferner möglich, mindestens einen der beiden Magnetkerne 29 und 3i- so« zu bemessen,
daß er bei Nennstrom hochgesättigt ist. Der sich sättigende Magnetkern kann dann
die Aufgabe des in Fig. x mit 13 bezeichneten Drosselkernes übernehmen, so daß eine°
besondere Spule 12 entbehrlich wird< Die Wirkung ist zwar weniger vollkommen,
da der Kraftlinienweg im Eisen nicht fugenlos geschlossen ist, kann aber doch in
Anbetracht der selbsttätigen Kontaktsteuerung durch den Hauptstrom für einen praktisch
einwandfreien Betrieb ausreichend sein.
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Die. Kontaktschließung erfolgt bei periodischer Betätigung beispielsweise
zu Umformungszwecken in bekannter Weise vorteilhaft in Abhängigkeit von der Wechselspannung,
die entweder unmittelbar zur Erregung der Einschaltspule 26 verwendet werden- kann
oder z. B: über einen Synchronmotor eine mechanische Antriebsvorrichtung im Schließungssinne
betätigt, einen elektrischen Kontakt zur Schließung des Erregerkreises für die Einschaltspule
26 steuert o.. dg1. Bei mehrphasigen Anordnungen können Strom oder Spannung fremder
Phasen zur Steuerung des Einschaltvorganges dienstbar gemacht - werden. Bei Verwendung
hochgesättigter Drosseln kann der an diesen bei der Entsättigung entstehende Spannungsimpuls
zur Steuerurig einmiliger oder periodischer Einschaltbewegungen ausgenutzt' werden.
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In Fig. 3 ist eine mehrphasige Anordnung von drei gleichen Schalteinrichtungen
dar- li gestellt; die mittels Zuleitungen 1q. an ein Drehstromnetz angeschlossen
werden können. Sie arbeiten beispielsweise auf eine gemeinsame Sammelschiene 25,
die den einen Pol eines Gleichstromsystems bilden kann, während der andere Pol entweder
vom der gemeinsamen S;ammelschieneeines gleichen Dreiphasensystems mit um 18o° elektrisch
versettztenKontaktschließungs-und -öffnungszeiten gebildet werden kann oder auch
vom Nullpunkt des Drehstromnetzes, also beispielsweise durch den Sternpunkt eines
speisenden Transformators. Von den drei gleichen Einrichtungen in Eig. 3 ist die
rechts gezeichnete in vollständiger Ansicht von unten, die mittlere ohne die beweglichen
Schaltbrücken und ohne den kleinen Magnetkern und die links gezeichnete- unter Duschbrechung
der gemeinsamen Schiene 25 nur mit dem Magnetkern 29 und der Spule 15 sowie
deren Zuleitungen 14 und 16 dargestellt. Die Fi;g@4 bis 6 zeigen eine der Einrichtungen
nach Fig. 3 in Betriebslage in verschiedenen Seitenansichten und teilweise geschnitten.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 bis 6 bildet die z. B.
als Einleiter ausgeführte Wicklung 17 des kleineren Magneten 3 i nicht zugleich-
einen Teil der Wicklung, 15 des größeren Magneten 29, sondern sie schließt sich
an diese über eine Verbindungsleitung 16 an. Dies erlaubt, den kleineren Magneten
31 so anzuordnen, daß sein Ankei 32 die bewegliche Kontaktbrücke 24 urimittelbar
trägt, -so daß die Masse der bewegten Teile ganz besonders .klein ist.
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Ferner sind die Kontakte 22 bis 24 dicht neben den größeren Kontakten
i9 bis 2i ebenso übersichtlich und leicht zugänglich wie diese angeordnet. Zwecks
erhöhter Wärmeabfuhr von der verengten Stelle 17 des Stromweges, ,an welcher
dieser zwischen den Schenkeln des kleineren Magneten 31 hindurchfuhrt und somit
dessen Erregerwicklung bildet; sind daneben Kühlrippen 43 vorgesehen, durch die
gleichzeitig der stromleitende Querschnitt dieses Teiles der Verbindungsleitung
1ö etwa auf dasselbe Maß gebracht wird wie an den übrigen Stellen voller Breite.
Die Wirkungsweise .dieser Anordnung ist im wesentlichen die gleiche wie diejenige
des in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiels. Damit die kleinere Kontaktbrücke
24 von der größeren Kontaktbrücke 2,1 in die Schließstellung mitgenommen wird, ist
an dem federnd durchdrückbaren Kontaktträger 45 ein in Fig. 3 rechts sichtbarer
Ansatz 42 vorgesehen. Die Abzugskraft des federnden Kontaktträgers 45 auf den größeren
Magnetanker 30 kann durch besondere Federn 44 (s. Fig. 5 und 6) verstärkt
werden, die auch die Kontaktöffnung bewirken können. Da die Schwertraft des Ankers
30 in gleichem Sinne wirkt, können u. U. beide Federn ohne Nachteil entbehrt werden.
Ebenso kann für die Öffnung der kleineren Kontaktbrücke 24 die Schwerkraft des Magnetkerns
32 ausgenutzt werden. In Fig. 6 ist noch angedeutet, wie die Windungen einer Einschaltspule
26 zwischen den Windungen der Hauptwicklung 15 angeordnet werden können.