DE842809C - Schaltpatrone - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltpatrone mit mindestens einem magnetisch beeinflußbaren Schaltelement. Derartige Schaltpatronen können in der Schwach- und Starkstromtechnik in der mannigfaltigsten Weise zum Ein- und Ausschalten von Stromkreisen oder auch zur Einschaltung von Widerständen, Induktivitäten und Kapazitäten in elektrischen Schaltungen verwendet werden. Zur Betätigung werden sie mit einem Magnetfeld in Verbindung gebracht, das entweder durch einen permanenten Magneten oder durch stromdurchflossene Spulen erzeugt wird.

Die Schaltpatrone nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung und An-Ordnung des Schaltelements, der magnetischen Gegenpole und der feststehenden Kontakte, daß die Wärmeabfuhr aus dem Schältelement im wesent lichen durch Wärmeleitung in Längsrichtung des Schaltelements an die feststehenden Kontakte erfolgt. Durch diese Maßnahme ist es möglich, ao bei kleinen Abmessungen der Schakpatrone -rela tiv hohe Stromdichten in der Größenordnung τοπ 5O Amp./mm² und mehr zuzulassen, ohne daß eine unzulässig große Erwärmung des . Scfaakelements auftritt. Voraussetzung bei diesen hohen Strom- »5 dichten ist, daß beispielsweise bei Nennstrom die Schaltpatrone so ausgebildet ist, daß im Dauerbetrieb mit Nennstrom zwischen den feststehenden Kontakten ein Spannungsabfall von höchstens 0,15 V auftritt.

Damit der Wärmefluß vom Schaltelement nach den feststehenden Kontakten immer mit Sicherheit

gewährleistet ist^ anderseits aber auch eine unzulässig hohe Temperatur des Schaltelements vermieden wird, ist es zweckmäßig, die Schaltpatrone so zu bemessen, daß das Schaltelement höchstens ioo° C wärmer wird als die feststehenden Kontakte. Da die Wärme an die Umgebung abgegeben werden ■ muß,-können die feststehenden Kontakte mit Kühlflächen versehen werden. Es ist aber auch möglich, die feststehenden Kontakte bezüglich ihrer Abmessungen und ihrer Wärmeleitfähigkeit so reichlich zu bemessen, daß sie ihre Wärme vornehmlich durch Wärmeleitung, beispielsweise an die reichlich dimensionierten Zuleitungen, abzuleiten vermögen. Wird nämlich die Stromdichte in den Zuleitungen so klein gehalten, daß sich diese nur mäßig über die Umgebungstemperatur erwärmen, so vermögen sie mit Leichtigkeit die in der SchaLtpatrone erzeugte Wärme abzuführen.

Je nach dem Verwendungszweck werden entweder vom magnetischen Kreis isolierte, feststehende Kontakte angeordnet oder die magnetischen Gegenpole mindestens als Träger für die feststehenden Kontakte vorgesehen. In letzterem Falle wird im allgemeinen bei Erregung des Magnetfeldes der Stromkreis geschlossen, während bei Anordnung von isolierten - Gegenkontakten bei Erregung des Magnetfeldes meist eine Unterbrechung stattfindet. Es ist natürlich auch möglich, Unterbrechung und Einschaltung miteinander zu kombinieren. Die magnetischen Gegenpole können auch unmittelbar als feststehende Kontakte dienen.

Wurden auf dem Schaltelement und den magnetischen Gegenpolen in der üblichen Weise Kontaktbleche oder Kontaktstifte vorgesehen werden, so hätte dies zur Folge, daß im allgemeinen im eingeschalteten Zustand noch ein Luftspalt im magnetischen Kreis vorhanden ist, da sonst nicht mit Sicherheit eine Kontaktberührung gewährleistet ist. In den Fällen, in denen ein Kontaktabbrand auftritt, muß dieser Luftspalt so reichlich bemessen werden, daß die Kontakte auch im abgebrannten Zustand noch sicher zur Berührung kommen. Dieser Luftspalt hat nun den Nachteil, daß dadurch der Amperewindungsbedarf für die Bewegung des Schaltelements vergrößert und der Kontaktdruck im eingeschalteten Zustand verringert wird. Es ist daher zweckmäßig, die feststehenden und die auf dem Schaltelement angeordneten beweglichen Kontakte aus ferromagnetischem Material herzustellen, z. B.

aus Nickel, Eisen, Kobalt, ferromagnetischen Legierungen. Wesentlich ist lediglich, daß sie bis zur höchsten Betriebstemperatur eine möglichst große relative Permeabilität aufweisen, die mindestens 50 bis 100 betragen sollte.

Unter Umständen kann das Verschwinden des ferromagnetischen Zustandes bei Erreichen der sogenannten Curie-Temperatur ausgenutzt werden, um beispielsweise eine Abschaltung bei hoher Temperatur des Schaltelements herbeizuführen. Bekanntlich hat Nickel eine Curie-Temperatur von : etwa 350° C. Es lassen sich aber auch sogenannte Häuslersche Legierungen mit einem Curie-Punkt bis herab auf etwa 70⁰C herstellen.

Damit die Kontakte, insbesondere solche aus ferromagnetischem Material, sich im Betrieb nicht verändern, werden mit Vorteil mindestens die feststehenden Kontakte und das Schaltelement in einer chemisch inaktiven Atmosphäre angeordnet. Besonders zweckmäßig sind Stickstoff und Wasserstoff.

Die magnetisch aktiven Teile, nämlich das Schaltelement und die Gegenpole, wird man zweckmäßig so ausbilden, daß sie geringe Ummagnetisierungsverluste aufweisen. Insbesondere sollten die Hysterese- und Wirbelstromverluste klein sein, wenn sehr kurze Schaltzeiten erzielt werden sollen. Dies kann in an sich bekannter Weise durch Unterteilung geschehen; man kann insbesondere mindestens die Magnetpole auch in Form sogenannter Pulverkerne ausbilden.

Da derartige Schaltpatronen neben den mannigfaltigen Anwendungen auf dem Schwachstromgebiet ■ auch für Starkstrom verwendet werden sollen, wobei unter Umständen erhebliche Erwärmungen auftreten, muß dafür Sorge, getragen werden, daß durch die mit der Erwärmung verbundene Ausdehnung die Funktion nicht beeinflußt wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Ausdehnungskoeffizienten der miteinander zusammenwirkenden Teile der Schaltpatrone richtig aufeinander abgestimmt werden. Einzelheiten werden später an Hand der Fig. 2 beschrieben. Besonders einfach läßt sich der Einfluß der Erwärmung unschädlich machen, wenn die Kontakte und die Polflächen so ausgebildet werden, daß die Tangentialebenen in den Berührungspunkten der Kontakte und die Polflächen parallel zu der thermischen Hauptausdehnungsrichtung der Schaltpatrone stehen. Im allgemeinen bedeutet das, daß das Schaltelement so angeordnet wird, daß dessen Längsachse parallel zu der Längsachse der Schaltpatrone liegt.

In vielen Fällen wirkt auf das Schaltelement neben der magnetischen Kraft noch eine Rückführkraft, die meist von federndem Material erzeugt ist. Besonders geeignet sind Torsionsfedern in ihren verschiedenen Abarten, wie Stabfeder, Schraubenfeder, Gummiblock. Um die Montage zu erleichtern, insbesondere dann, wenn das Schaltelement mit Feder und die magnetischen Gegenpole in einem Gehäuse untergebracht werden müssen, ist es zweckmäßig, mindestens das Schaltelement und seine Halterung zu einer konstruktiven Einheit zusammenzubauen. Die Halterung kann im allgemeinen aus einem kleinen Lagerbock bestehen, an dem das eine Ende der Feder befestigt ist, während am anderen Ende der Feder das Schaltelement angebracht ist. Unter Umständen ist es zweckmäßig, das Schaltelement mit seiner Halterung sowie die magnetischen Gegenpole und die feststehenden Kontakte zu einer konstruktiven Einheit zusammenzufassen. Dies hat den Vorteil, daß dann beispielsweise vor Einbau in ein Gehäuse die Einstellung des Schaltelements und der Feder durchgeführt werden kann, wodurch sich die Montage vereinfacht.

Häufig ist es zweckmäßig, die Schaltpatrone zusammeii mit einer Haltespule zu verwenden. Diese

bewirkt, daß ein Rückgang in die Ruhelage nur bei kleinen Strömen möglich ist, beispielsweise bei 5 oder io%> des Nennstromes oder auch noch kleineren Stromwerten. Es ist insbesondere mit Rücksicht auf den Raumbedarf in vielen Fällen zweckmäßig, die ITaltespule und die Schaltpatrone in Form einer konstruktiven Einheit auszuführen.

Für andere Fälle, in denen die Schaltpatrone beispielsweise dazu benutzt wird, einen vorher kurzgeschlossenen Widerstand einzuschalten, kann es zweckmäßig sein, diesen Widerstand unmittelbar auf der Schaltpatrone aufzubringen. Dies ist vor allem deshalb vorteilhaft, weil dadurch in dem aus Widerstand und Schaltpatrone bestehenden Stromkreis eine möglichst kleine Induktivität erzielt werden kann, was wichtig ist für die funkenfreie Einschaltung des Widerstandes. In ähnlicher Weise ist es möglich, die Schaltpatrone mit einer Induktivität oder Kapazität zu vereinigen, wobei z. B. das Gehäuse der Sehaltpatrone gleichzeitig einen Bestandteil des Gehäuses des Kondensators sein kann.

Damit die Eigenschaften der Schaltpatrone unabhängig von den Einflüssen durch die Umgebung werden, ist es vorteilhaft, mindestens die magnetisch und elektrisch aktiven Teile hermetisch in einem Isolierkörper einzuschließen. Der Isolierkörper kann in vielen Fällen aus Preßmaterialien, gewickeltem Isolierrohr od. dgl. bestehen. Bei höheren Anforderungen wird man jedoch für den Isolierkörper zweckmäßig keramisches Material, Glas, Quarz od. dgl. verwenden. Da im allgemeinen das Magnetfeld in die Schaltpatrone ein- und austreten muß, ist es von Vorteil, als Isolierkörper ein Isolierrohr zu verwenden, das stirnseitig so abgeschlossen ist, daß praktisch keine Schwächung des magnetischen Flusses eintritt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß das Isolierrohr stirnseitig durch dünne Plättchen aus Isoliermaterial oder Metall abgeschlossen wird. Noch günstiger ist es, hierfür ferromagnetische Hleche von höchstens 0,5 mm Dicke, insbesondere 0,1 mm Dicke, zu verwenden, wobei die Anordnung so zu treffen ist, daß diese Bleche satt auf den magnetischen Gegenpolen aufliegen. Es ist zweckmäßig, wenn diese Bleche einen hohen spezinschen Widerstand aufweisen, damit geringe Wirbelstromverluste auftreten. Es kann notwendig sein, neben diesen Blechen noch Isolierscheiben oder Isolierplättchen vorzusehen, um die Schaltpatrone beispielsweise von den Magnetjochen zu isolieren. I lierfür wird man einen Werkstoff möglichst großer Durchschlagsfestigkeit, guter Wärmeleitfähigkeit und möglichst hoher zulässiger Temperatur verwenden.

I'm auf große Leistungen zu kommen, kann es zweckmäßig sein, die Schaltpatrone durch ein Kühlmittel zu kühlen. Dies läßt sich insbesondere dann leicht bewerkstelligen, wenn die Schaltpatrone selbst hermetisch gekapselt ist. Es kann dann beispielsweise ein Gasstrom, insbesondere ein Luftstrom, zur Kühlung verwendet werden. Die Schaltpatrone kann aber auch in einer ruhenden oder bewegten Flüssigkeit angeordnet werden, insbesondere in Ol oder in einer Wasser-Glykol-Lösung mit ausreichend kleiner Leitfähigkeit. Unter Umständen; kann das Kühlmittel auch als einzuschaltender Widerstand verwendet werden. Es wird dann im allgemeinen aus einem Elektrolyt entsprechender Leitfähigkeit bestehen. Hierbei ist es dann zweckmäßig, die Elektroden so auszubilden, daß dort keine unzulässig hohen Stromdichten auftreten.

Für vieleZwecke ist es vorteilhaft, mindstens zwei Schaltelemente elektrisch und magnetisch parallel zu schalten. Es können aber auch Schaltpatronen gebaut werden, die eine große Zahl von Schaltelementen, z. B. 10 bis 100 und mehr, enthalten. Insbebesondere für höhere Spannungen kann es zweckmäßig sein, mindestens zwei Schaltelemente innerhalb einer Patrone elektrisch in Reihe zu schalten. Sie können dabei auch magnetisch in Reihe geschaltet sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, sie elektrisch in Reihe, magnetisch jedoch parallel zu schalten.

Tn den Fig. 1 bis 3 sind einige beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. In Fig. 1 bedeutet 1 das magnetisch beeinflußte Schaltelement, das an der Torsionsfeder 2 befestigt ist; 3 und 4 sind die magnetischen Gegenpole, 5 und 6 die feststehenden Kontakte, die in Buchsen 7 und 8 ·,--eingeschraubt sind; 9 ist das Isolierrohr; 10 und 11 sind die dünnen, mit dem Isolierrohr gasdicht verbundenen Abschlußbleche. Gestrichelt sind die Joche 12 und 13 angedeutet, welche der Schaltpatrone den Steuerfluß Φ zuführen. Der zu schaltende Strom I_a wird der Schaltpatrone durch die ebenfalls gestrichelt angedeuteten Schienen 14, 15 zu- und abgeleitet. In der gezeichneten Stellung tritt der Strom von der Schiene 14 auf das feststehende Schaltstück 5 über, fließt dann durch das Schaltelement 1 zum feststehenden Kontakt 6 und von hier weiter durch die Schiene 15. Auf dem Schaltelement 1 können noch Kontakte 16 und 17 angebracht werden. Bei Erregung des Flusses Φ wird das Schaltelement 1 im Gegenuhrzeigersinn gedreht und hierbei der Strom I_a unterbrochen.

Die gleiche Schaltpatrone kann aber auch so betrieben werden, daß der Strom I_b beispielsweise durch das Joch 13 über das Abschlußblech 11 auf den Gegenpol 4 übertritt, dann durch das mit dem Gegenpol 4 in Berührung stehende Schaltelement 1 fließt, um nun über Gegenpol 3, Abschlußblech 10 und Joch 12 wieder auszutreten. Bei Unterbrechung der Erregung bewegt sich das Schaltelement im Uhrzeigersinn, wobei dann eine Unterbrechung für den.Strom I_b auftritt. Die feststehenden Kontakte 5 und 6 können entweder nur als isolierte Anschlüsse dienen, es kann aber auch die Anordnung so getroffen werden, daß der Strom I_b unterbrochen und unmittelbar hinterher der Strom I_a eingeschaltet wird. Um den Luftspalt bei Berührung zwischen Schaltelement 1 und Gegenpolen 3, 4 praktisch Null iao zu machen, ist es zweckmäßig, die schwarz angedeuteten Kontakte 17, 18 und 19, 20 aus ferromagnetischem Material herzustellen. Die Schaltpatrone kann zudem mit einem Gas 21 gefüllt sein, das insbesondere bei Verwendung für höhere Spannungen erhöhten Druck von 5 bis 10 Atmosphären

aufweisen kann. Unter Umständen ist es zweckmäßig, die Schaltpatrone auszupumpen, so daß in ihrem Innern ein hohes Vakuum herrscht.

Die Wärmeableitung erfolgt entweder durch Wärmeleitung längs der feststehenden Kontakte 5, 6 und der Metallbuchsen 7, 8 nach den richtig dimensionierten Zuleitungen 14, 15 oder bei Durchgang des Stroms I_b über die Gegenpole 3, 4 nach den Jochen 12, 13, die ebenfalls reichlich bemessen werden müssen.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung einer erfindungsgemäßen Schaltpatrone, wobei die entsprechenden Teile die gleichen Bezugszeichen aufweisen wie in Fig. i. Das Schaltelement 1 liegt horizontal, die feststehenden Kontakte 5, 6 mit den Kühlflächen 22, 23 sind vertikal neben den Gegenpolen 3, 4. Die Polflächen stehen schräg, wodurch neben den Maxwellschen Zugkräften auch noch Zusatzkräfte, herrührend von der Divergenz der

ao Permeabilität, auftreten. Im übrigen ist die Wirkungsweise der Anordnung die gleiche wie in Fig. 1. Die dort erwähnten zusätzlichen Maßnahmen bezüglich Ausbildung der Kontakte können auch hier Anwendung finden. Um eine Veränderung, insbesondere des Schaltweges, bei Erwärmung zu verhindern, werden mit Vorteil die Ausdehnungskoeffizienten der Gegenpole 3, 4 und der feststehenden Kontakte 5, 6 mit denen des Gehäuses 9 so aufeinander abgestimmt, daß keine Veränderung der relativen Abstände in Abhängigkeit von der Temperatur eintritt.

Fig. 3 zeigt eine Schaltpatrone mit drei elektrisch und magnetisch in Reihe geschalteten Schaltelementen ι und einer Haltespule 24. Der Strom / fließt zunächst über die Haltespule 24, von da zum Gegenpol 4, dann über die Schaltelemente 1 zum Gegenpol 3 und von hier zur Stromquelle. Zwischen den Schaltelementen sind noch feststehende Kontakte 25 angeordnet, damit die Lage der einzelnen Schaltelemente 1 im eingeschalteten Zustand eindeutig fixiert ist. Unter Umständen können diese feststehendenKontakte25 auch weggelassen werden. Das Gehäuse der Schaltpatrone dient gleichzeitig als Spulenkörper für die Haltespule 24.

Selbstverständlich können Schaltpatronen selbst beliebig parallel in Reihe oder auch in gemischten Schaltungen verwendet werden. Bei elektrischer Parallelschaltung von Schaltpatronen kann es zur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Stromverteilung bis zur vollzogenen Abschaltung zweckmäßig sein, mit jeder Schaltpatrone eine Induktivität in Reihe zu schalten, die unter Umständen mit der Schaltpatrone eine konstruktive Einheit bildet. Werden Schaltpatronen mit Haltespule verwendet, so kann diese Induktivität durch mindestens einen Teil der Haltespule gebildet sein.

Bei Schalteinrichtungen mit mehreren der beschriebenen Schaltpatronen werden mit Vorteil mindestens die Schaltpatronen derjenigen Strompfade, die der Schalteinrichtung elektrisch getrennt zugeführt sind, wenigstens teilweise in dem von mindestens einer gemeinsamen Steuerspule erzeugten magnetischen Fluß angeordnet. Im einfachsten Anwendungsfall wird durch eine Steuerspule ein magnetischer Fluß erzeugt, wobei der Rückschluß über Schaltpatronen in an sich beliebiger Weise erfolgen kann. Im allgemeinen wird man die Anordnung so treffen, daß der Magnetkern, der von der Steuerspule umgeben ist, als Quelle für den magnetischen Fluß angesehen werden kann, wobei diese Quelle einen im Vergleich zu den Schaltpatronen geringen magnetischen Widerstand aufweist. Es ist dies jedoch nicht unbedingt notwendig; es kann vielmehr die Steuerspule unmittelbar auf eine Schaltpatrone einwirken, wobei weitere Schaltpatronen den magnetischen Rückschluß mindestens teilweise darstellen. Es ist aber auch denkbar, daß mehr als eine Steuerspule vorhanden sind, welche auf die dann magnetisch gekoppelten Schaltpatronen gemeinsam einwirken.

Die Anordnung kann nun so getroffen sein, daß einem bestimmten Steuerstrom bestimmte Schaltpatronen bezüglich ihres Ansprechens zugeordnet sind. Hierbei können die Schaltpatronen selbst verschiedene Ansprechwerte aufweisen. Es ist aber auch möglich, Schaltpatronen zu verwenden, von denen mindestens ein Teil den gleichen Ansprechwert aufweist. Durch Maßnahmen außerhalb dieser Schaltpatronen kann erreicht werden, daß jeweils ein Ansprechen bei bestimmten Werten des Steuer-Stroms zustande kommt. Eine derartige Maßnahme stellt beispielsweise die Einstellung eines bestimmten magnetischen Widerstands in den magnetischen Kreisen mindestens eines Teils der Schaltpatronen dar, beispielsweise durch Einfügung verschieden langer Luftspalte in den magnetischen Kreis.

Für viele Zwecke ist es wünschenswert, daß alle Schaltpatronen gleichzeitig ansprechen. Im allgemeinen wird es zweckmäßig sein, die Schaltpatronen magnetisch parallel zu schalten, da dadurch die Steueramperewindungen klein gemacht werden können. Es gibt jedoch auch Fälle, in denen es vorteilhaft ist, die Schaltpatronen mindestens zum Teil magnetisch in Reihe zu schalten. ₁₀§

Als Steuerfluß wird man je nach der Art der Schalteinrichtung einen Gleich- oder veränderlichen Fluß verwenden. Will man erreichen, daß bei Wechselstrom der Steuerfluß nicht den Nullwert erreicht, so verwendet man zweckmäßig mindestens zwei phasenverschobene Steuerflüsse. Diese können von getrennten Stromquellen herrühren, meist wird man jedoch den einen phasenverschobenen Fluß in an sich bekannter Weise mit Hilfe von kurzgeschlossenen Wicklungen erzeugen. Eine derartige uj Wicklung kann gemeinsam sein für eine Anzahl von Schaltpatronen. Es ist aber auch möglich, jeder Schaltpatrone eine eigene kurzgeschlossene Wicklung zuzuordnen.

■ Für viele Anwendungsfälle ist es zweckmäßig, die Schalteinrichtung (für den Hauptstrom) mit einer Hilfsschalteinrichtung für die Steuerströme zu kombinieren, die ebenfalls vom Steuerfluß beeinflußt ist. Hierbei kann es vorteilhaft sein, die Hilfsschalteinrichtung ebenfalls mit Schaltpatronen auszurüsten, wobei diese Schaltpatronen im allge-

meinen kleinere Abmessungen haben und für kleinere Schaltleistungen bemessen werden können. Überschreitet der Strom einer getrennten Zuleitung zur Schalteinrichtung den zulässigen Strom einer Schaltpatrone, so wird man im allgemeinen für einen derartigen Strornpfad mindestens zwei Schaltpatronen elektrisch parallel schalten. Bei höheren Spannungen kann es vorteilhaft sein, mindestens zwei Schaltpatronen elektrisch in Reihe zu

ίο schalten.

Es gibt Schaltaufgaben, bei denen es vorteilhaft ist, die Schaltpatronen mit einer Haltespule auszurüsten. Diese bewirkt z. B. bei Gleichstrom, daß nach einem kurzen Kommando der Hauptstrom zu fließen beginnt und nun durch den Hauptstrom ein Magnetfeld erzeugt wird, das die Schaltpatrone im erregten Zustand erhält, auch dann, wenn der Steuerstrom wieder unterbrochen wird. Wesentlich bedeutungsvoller ist jedoch die Anordnung von Haltespulen bei Schalteinrichtungen für Wechselstrom. Hierdurch kann nämlich erreicht werden, daß bei Ausschaltung des Steuerstroms die magnetische Erregung durch den zu schaltenden Strom noch aufrechterhalten bleibt, bis sich der Strom dem Nulldurchgang nähert. Der Schaltvorgang spielt sich dann nur bei kleinen Stromwerten des Wechselstroms ab, wodurch Lichtbogenbildung und Kontaktabnutzungwesentlich verringert werden. Um eine möglichst streuungsfreie Anordnung zu erhalten, ist es zweckmäßig, die Haltespule unmittelbar auf der von ihr beeinflußten Schaltpatrone aufzubringen. Hierbei kann mindestens der zylinderförmige Teil der Schaltpatrone als Bestandteil eines Spulenkörper dienen. Es ist ohne weiteres denkbar, daß mehrere Schaltpatronen in einer gemeinsamen Steuerspule untergebracht sind. Ebenso kann eine Schaltpatrone auch eine größere Zahl von Schaltelementen enthalten, die, wenn es erwünscht ist, elektrisch voneinander isoliert sein können.

In der Fig. 4 ist in schematischer Darstellung eine beispielsweise Schalteinrichtung nach der Erfindung dargestellt. Es bedeutet 31 den Kern, um den die Steuerspule 32 angeordnet ist; 33 und 34 stellen Joche dar, zwischen denen magnetisch parallel, elektrisch voneinander isoliert, die Schaltpatronen 35, 36 und 37 angeordnet sind. Diese bestehen, wie bei der Schaltpatrone 35 angedeutet ist, jeweils aus den Magnetpolen 38 und 39, dem beweglichen Schaltelement 40 und dem Isolierkörper 41. Die Haltespulen sind mit 42, 43, 44 bezeichnet. Die Hilfsschalteinrichtung 45 weist Schaltpatronen 46 auf, die zwischen den Jochen 47 und 48 angebracht sind. Der magnetische Kreis der Hilfsschalteinrichtung ist ebenfalls mit der Steuerspule 32 verkettet. Die Schaltpatronen 35, 36, 37 sind durch Isolierbänder 49, 50 von den Jochen 33, 34 isoliert.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist die folgende: Wird in der Steuerspule 32 ein Strom I₁ eingestellt, so soll z.B. die Schaltpatrone 35 ansprechen, und es beginnt der Strom I₁ zu fließen. Desgleichen kann auch mindestens eine der Hilfsschaltpatronen in Funktion treten. Erhöht man den Steuerstrom auf den Wert I₀, so soll beispielsweise der -\*orher fließende Strom I₂ unterbrochen werden, was durch Ansprechen eines zugehörigen Steuerschalters beispielsweise an eine Zentralstelle weitergemeldet wird. Schließlich kann bei einem Steuerstrom t_g der Strom I₃ zu fließen beginnen.

Man erkennt aus dieser kurzen Erläuterung an Hand der Fig. 4, daß Schaltpatronen nach der Erfindung die mannigfaltigsten Anwendungen in sich schließen. So kann man beispielsweise mit besonderem Vorteil Wechselstromschütze, insbesondere für Mehrphasenstrom, aufbauen, wobei leicht einzusehen ist, daß sich besondere Vorteile ergeben bei komplizierten Schützsteuerungen. Soll z. B. eine Anzahl von Leitungen gleichzeitig geschaltet werden, so kann man alle Leitungen einer einzigen Steuerspule zuordnen. Für Anlaßsteuerungen kann man zweckmäßig durch, allmähliche Veränderung des Steuerstroms die nacheinander einzuleitenden Schalthandlungen herbeiführen. Andere Anwendungsgebiete ergeben sich bei Fernwirkanlagen, beispielsweise zur Fernsteuerung. Auch für Regelzwecke eignen sich Schalteinrichtungen mit Schaltpatronen gut. Schließlich ist es auch möglich, sie für Gleichrichter, Wechselrichter u. dgl. anzuwenden.

Die Hauptvorteile solcher Schalteinrichtungen bestehen darin, daß mit kleinen Steuerleistungen Schalthandlungen vielfältigster Art durchgeführt go werden können, wobei die speziellen Bedürfnisse im wesentlichen durch geeignete Kombinationen von Steuerspule und Schaltpatronen befriedigt werden können. Da die Schaltkontakte gekapselt sind, weisen derartige Schalteinrichtungen keine den atmosphärischen Einflüssen und der Verschmutzung ausgesetzten beweglichen Schaltteile auf, wodurch große Betriebssicherheit erzielt wird. Da es mit Hilfe von Schaltpatronen leicht möglich ist, Schalt zeiten in der Größe von etwa 10-⁴ Sekunden zu erreichen, können Schalthandlungen, insbesondere Regel- und Meßaufgaben, in denkbar kürzester Zeit durchgeführt werden.

Claims (44)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltpatrone mit mindestens einem magnetisch beeinflußten Schaltelement, gekenn zeichnet durch eine derartige Ausbildung und Anordnung des Schaltelements, der magnetischen Gegenpole und der feststehenden Kontakte, daß die Wärmeabfuhr aus dem Schalt element im wesentlichen durch Wärmeleitung in Längsrichtung des Schaltelements an die feststehenden Kontakte erfolgt.

2. Schaltpatrone nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung, daß im Dauerbetrieb mit Nennstrom zwischen den feststehenden Kontakten ein Spannungsabfall von höchstens 0,15 V auftritt.

3. Schaltpatrone nach Anspruch 1, gekenn- iao zeichnet durch eine derartige Ausbildung, daß das Schaltelement höchstens ioo° C wärmer wird als die feststehenden Kontakte.

4. Schaltpatrone nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden Kontakte mit Kühlflächen versehen sind.

5· Schahpatrone nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der feststehenden Kontakte bezüglich Abmessungen und Wärmeleitfähigkeit, daß sie ihre Wärme abzugeben vermögen.

6. Schaltpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Gegenpole als Träger der feststehenden Kontakte dienen.

7. Schaltpatrone nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden und die auf dem Schaltelement angeordneten beweglichen Kontakte aus ferromagnetischem Material bestehen.

8. Schaltpatrone nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die feststehenden Kontakte und das Schaltelement in einer chemisch inaktiven Atmosphäre angeordnet sind.

9. Schaltpatrone nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung und Anordnung ihrer Teile, daß deren thermische Ausdehnung den Ansprechwert der Schaltpatrone nicht beeinflußt.

10. Schaltpatrone nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Kontakte und der Polflächen, daß dieTangentialebenen in den Berührungspunkten der Kontakte und die Polflächen parallel zu der thermischen _ Hauptausdehnungsrichtung der Schaltpatrone stehen.

11. Schältpatrone nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung des Schaltelements, daß dessen Längsachse parallel zu der Längsachse der Schaltpatrone Hegt.

12. Schaltpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das Schaltelement und seine Halterung zu einer konstruktiven Einheit zusammengebaut sind.

13. Schaltpatrone nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement mit seiner Halterung, den Gegenpolen und feststehenden Kontakten zu einer konstruktiven Einheit zusammengebaut sind.

14. Schaltpatrone nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Haltespule.

15. Schaltpatrone nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Haltespule und Schaltpatrone eine konstruktive Einheit bilden.

16. Schaltpatrone nach Anspruch 1 zurWiderstandseinschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der einzuschaltende Widerstand auf der Schaltpatrone aufgebracht ist.

17. Schaltpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch und elektrisch aktiven Teile hermetisch in einem Isolierkörper eingeschlossen sind.

18. Schaltpatrone nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß derlsolierkörper ein Isolierrohr ist, das stirnseitig so abgeschlossen ist, daß praktisch keine Schwächung des magnetischen Flusses eintritt.

19. Schaltpatrone nach Anspruch 18, dadurch

gekennzeichnet, daß das Isolierrohr beidseitig durch ferromagnetische Bleche von höchstens 0,5 mm Dicke abgeschlossen ist, die auf den Gegenpolen aufliegen.

20. Schaltpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch ein Kühlmittel gekühlt ist.

21. Schaltpatrone nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel elektrisch isolierend ist.

22. Schaltpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Schaltelemente elektrisch und magnetisch parallel geschaltet sind.

23. Schaltpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Schaltelemente elektrisch in Reihe geschaltet sind.

24. Schaltpatrone nach Anspruch 1 zur Verwendung in elektrischer Parallelschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Stromverteilung bis zur vollzogenen Abschaltung eine Induktivität in Reihe geschaltet ist, die mit der Schaltpatrone eine konstruktive Einheit bildet.

25. Schaltpatrone nach Anspruch 14 und 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität durch mindestens einen Teil der Haltespule gebildet ist.

26. Schalteinrichtung mit Schaltpatronen nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Schaltpatronen derjenigen Strompfade, die der Schalteinrichtung elektrisch getrennt zugeführt sind, wenigstens teilweise in dem von mindestens einer gemeinsamen Steuerspule erzeugten magnetischen Fluß angeordnet sind.

27. Schalteinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß einem bestimmten Steuerstrom bestimmte Schaltpatronen bezüglich ihres. Ansprechens zugeordnet sind.

28. Schalteinrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Schaltpatronen verschiedene Ansprechwerte aufweist.

29. Schalteinrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß von den Schaltpatronen, die bezüglich des Steuerstroms ver- no schieden ansprechen, mindestens ein Teil den gleichen Ansprechwert aufweist, jedoch Maßnahmen außerhalb dieser Schaltpatronen getroffen sind, um jeweils ein Ansprechen bei bestimmten Werten des Steuerstroms zu bewirken.

30. Schalteinrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Widerstand in den magnetischen Kreisen mindestens eines Teils der Schaltpatronen verschieden ist.

31. Schalteinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schaltpatronen gleichzeitig ansprechen.

32. Schalteinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil

der Schaltpatroneii magnetisch parallel geschaltet ist.

33. Schalteinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Schaltpatroneii magnetisch in Reihe geschaltet ist.

34. Schalteinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerfluß ein Gleichfluß ist.

35. Schalteinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerfluß ein veränderlicher Fluß ist.

36. Schalteinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Schaltpatronen von zwei phasenverschobenen Steuerflüssen beeinflußt ist.

37. Schalteinrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine Hilfsschalteinrichtung, die vom Steuerfluß beeinflußt ist.

3S. Schalteinrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschalteinrichtung Schaltpatronen enthält.

39. Schalteinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden der Schalteinrichtung getrennt zugeführten Strompfad mindestens zwei Schaltpatronen elektrisch parallel geschaltet sind.

40. Schalteinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden der Schalteinrichtung getrennt zugeführten Strompfad mindestens zwei Schaltpatronen elektrisch in ' Reihe geschaltet sind.

41. Schalteinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem Teil der Schaltpatronen eine Haltespule zügeordnet ist.

42. Schalteinrichtung nach Anspruch 41 für Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Haltespule erzeugte Fluß so gewählt ist, daß eine Schaltung in der der Haltespule zugeordneten Schaltpatrone nur in der Nähe des Stromnulldurchgangs erfolgt.

43. Schalteinrichtung nach Anspruch 41, da-, durch gekennzeichnet, daß die Haltespule unmittelbar auf der von ihr beeinflußten Schaltpatrone aufgebracht ist.

44. Schalteinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltpatronen mindestens teilweise als Bestandteil eines Spulenkörpers dienen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

φ 5213 6.52