DE913793C - Elektrische Schalteinrichtung - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 21. JUNI 1954

K Ii54? VIIIb j2IC

(Schweiz)

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schalteinrichtung mit mindestens einem elektromagnetisch betätigten Schaltelement, durch dessen Betätigung in der eingeschalteten Stellung zwei feststehende Kontakte miteinander verbunden werden und den zu schaltenden Stromkreis schließen, und zwei Magnetsystemen, von denen das eine zur Einschaltung, das andere zur Ausschaltung des Schaltelementes dient, und ist dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen den Polschuhen der beiden Magnetsysteme angeordnete Schaltelement außer durch die Schwerkraft nur durch
Kräfte beeinflußt wird.

magnetische In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar in Fig. ι und 2 in einer Schaltung für Umformer, in Fig. 3 und 4 in Form einer Schaltpatrone.

In Fig. ι bezeichnet 61 die Wechselstromquelle, 62 eine gesättigte gescherte Drossel mit dem Luftspalt 63, 64 die Hauptstromwicklung mit den An- ao zapfungen 65 und 66. Mit 67 ist eine Hilfswicklung dargestellt, 68 und 69 sind Ventile, insbesondere Trockengleichrichter. Als 70 ist ein regelbarer Parallelwiderstand bezeichnet, mit 71 ein Kondensator. Das Einschaltmagnetsystem der Schalteinrichtung weist das Bezugszeichen 72 auf,

es besitzt die Pole 73 und 74. Das Einschaltmagnetsystem besitzt die Hauptstromspule 75 und die Zusatzeinschaltspule 76. Das Ausschaltmagnetsystem ist mit 79 bezeichnet und! weist die Pole 80 und 81 auf, ferner einen Luftspalt 86_; der vom permanenten Magneten 82 überbrückt ist, außerdem die Ausschaltspule 83. Parallel zur Unterbrechungsstelle liegt das Ventil 84, 85 ist die Belastung. Zwischen den Pölschuhen der beiden Magnetsysteme ist das Schaltelement (der Anker) 78 angeordnet. Es können selbstverständlich auch mehrere solche hintereinander angeordnet sein. Die Polflächen der Pole 73, 74, 80 und 81 umsehließen einen im Querschnitt viereckigen und in den Ecken nicht ■15 zusammenstoßenden Raum, in welchem der bzw. die Anker angeordnet sind. Ferner bilden die Pole 73 und 74 des Einschaltmagnetsystems 72 zugleich die feststehenden Kontakte.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Sowie in der Wicklung 64 ein Strom zu fließen beginnt, tritt zwischen den Anzapfungen 65 und 66 ein Spannungsimpuls auf, der einen Stromstoß über die Wicklungen 7 5 und j6 und &as Ventil 68 bewirkt. Zugleich wird der Kondensator 71 aufgeladen. Unter der Wirkung dieses Stromstoßes wird der Anker 78 angezogen, wodurch die Pole 73 und 74 überbrückt werden. Nach Aufhören des Spannungsimpulses entlädt sich der Kondensator 71 über die Wicklungen 7 5, 76, so· daß die Magnetisierung über die Dauer des Spannungsimpulses hinaus verlängert wird, und zwar bis die Erregung der Hauptstromspule 7 5 eine ausreichende Haltekraft gewährleistet. Nähert sich der Hauptstrom seinem Nulldurchgang, so wird die Drossel 62 wieder ummagnetisiert. Die Spannung zwischen den Anzapfungen, 65 und 66 hat umgekehrtes Vorzeichen. Ein Strom über die Einschaltwicklungen 75, 76 kann wegen der sperrenden Wicklung des Ventils 68 nicht fließen. Es entstellt jedoch auch an der Wicklung 67 ein Spannungsimpuls, durch den nun die Ausschaltspule 83 erregt wird, und zwar derart, daß sie die magnetisierende Wirkung des permanenten Magneten 82 unterstützt. Hierdurch wird der Anker 78 in Ausschaltrichtung angezogen, und er hebt sich somit in der Nähe des Strömnulldurchganges von den Polen 73 und 74 ab. Der Anker 78 bleibt dann infolge der Wirkung des permanenten Magneten 82 in der Ausschaltstellung. Tritt wiederum die Einischaltummagnetisierung der Drossel 62 auf, so wiederholt sich das Spiel im Einschaltstromkreis, wie bereits beschrieben. Es fließt aber zusätzlich auch noch ein Strom von der Wicklung 67 über den Widerstand 70 und die Äusschaltspule 83, jedoch in umgekehrter Richtung, wodurch die anziehende Kraft des permanenten Magneten 82 so weit geschwächt wird, daß der Anker 78 auch ohne die anziehende Wirkung des Magnetsystems 72 abfallen würde. Man erkennt, daß die Beschleunigung des Ankers in Einschalt- und Ausschaltrichtung nur durch magnetische Kräfte erfolgt, die einerseits durch Erregung der Einschaltwicklung 76, anderseits durch Erregung der Ausschaltwicklung 83 erzeugt werden. Der permanente Magnet 82 sichert lediglich die Ausschaltstellung des Schalters im stromlosen Zustand. Seine Wirkung beim Einschaltvorgang wird durch Gegenerregung der Spüle 83 kompensiert.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, wie sie speziell für hohe Stromstärken mit Vorteil angewendet wird. Es bedeutet 90 die Wechselstromquelle, 91 die gesättigte Drossel mit den Wick· hingen 92 und 93 und dem Vorerregungssystem 94. Die Haupterregung der gesättigten Drossel 91 erfolgt durch den stromdurchflossenen Leiter 95, d.h. die Drossel 91 ist in'Form eines Einleiterstromwandlers gebaut. 96, 97 sind Ventile, 98, 99 Widerstände.

Das Einschaltmagnetsystem 100 besitzt die Pole 101 und 102 und den Luftspalt 115. Ein permanenter Magnet 103 überbrückt den Luftspalt 115· Das Einschaltmagnetsystem ist mit einer Zusatzeinschaltspule 104 versehen. Die Haupterregung erfolgt durch den Stromdurchgang durch die Schienen 105 und 106, die zugleich die feststehenden Kontakte bilden und unterhalb der Lücke 117 zwischen den Polflächen 101 und 102 des Einschaltmagnetsystems 100 angeordnet sind und durch den bzw. die Anker 107 im eingeschalteten Zustand verbunden werden. Die Schienen 105 und 106 liegen isoliert nebeneinander und stellen zusammen mit dem Magnetsystem 100 ein. einem Einleiterstromwandler verwandtes Gebilde dar. Das Ausschaltmagnetsystem ist mit 116 bezeichnet, seine Pole mit 108 und 109. Es besitzt ebenfalls einen Luftspalt 114 und einen diesen überbrückenden permanenten Magneten 110, ferner die Ausschaltspule in. Das die feststehenden Kontakte 105 und 106 überbrückende Ventil hat das Bezugszeichen 112, 113 ist die Belastung. Zwischen den Polschuhen der beiden Magnetsysteme 100 und 116 ist der Anker 107 als Schaltelement angeordnet, wobei wiederum i°o mehrere solche hintereinanderliegend vorhanden sein -können. Die Polflächen der beiden Magnetsysteme 100 und 116 umschließen auch bei dieser Ausführungsform einen im Querschnitt im wesentlichen viereckigen und in den Ecken nicht zusammenstoßenden Raum.

Die Wirkungsweise der Anordnung entspricht in allen, wesentlichen Punkten der von Fig. 1. Durch Anordnung des permanenten Magneten, 103 wird dafür gesorgt, daß der Anker 107 bis gegen den Stromnulldurchgang in der Einschaltstellung festgenalten wird. Beim Ausschalten wird durch den Rückstrom des Ventils 96, der über den Widerstand 98 fließt, die Wirkung des Magneten 103 kompensiert, und zwar in gleicher Weise, wie dies an Hand der Fig. 1 für den Einschaltmagneten bereits beschrieben; wurde. In der Einschaltstellung bewirken der bzw. die Anker 107 eine Verbindung der beiden Schienen 105 und 106. Der bzw. die Anker werden also außer durch die Schwerkraft nur durch magnetische Kräfte beeinflußt.

Fig. 3 zeigt einen Quer-, Fig. 4 einen Längsschnitt längs der Linie A-A in Fig. 3 durch eine Einleiterpatrone₃ bei der der Spalt 40 parallel zu den beiden die feststehenden-Kontakte bildenden Stromschienen 41 und 42 liegt. Zwischen den Schienen befindet

sich ein plattenförmigen Stramventil 43, z. B. ein Trockengleichrichter; die Aussparungen 44 und 45 dienen zur Vergrößerung der Kriechwege. Das Einschaltmiagnetsystem besteht aus zwei Systemen 46 und 46° und umschließt die Schienen 41 und 42. Die Impulswicklung 47 ist nur mit dem Magnetsystem 46 verknüpft, um ihre Induktivität herabzusetzen. Ferner ist ein Ausschaltmagnetsystem 50 mit der Wicklung 51 vorhanden. Mit 48 und 48"

ίο sind scheibenförmige Anker bezeichnet, die an ihrem unteren Ende die gutleitenden Strombrücken 49 tragen und zwischen den Polschuhen der beiden Magnetsysteme 46 bzw. 46« und 50 parallel hintereinander angeordnet sind. Die hinteremanderliegendem Anker 48, 48" sind in der Fig. 4 nicht eingezeichnet, um diese Figur nicht unübersichtlich zu machen. Schließlich ist mit 52 noch das Gehäuse bezeichnet; 53 ist die Grundplatte, durch die die abgewinkelten Enden 54 und 55 der Schienen 41 und 42 nach unten herausgeführt sind. Zur Sicherung der Anker 48, 48° gegen Herausfallen dienen die Abschlußplatten 56« und 56*. Es umschließen auch in diesen drei Ausführungsbeispielen die Pölfläcben der beiden Magnetsysteme einen im Querschnitt im wesentlichen viereckigen und in den Ecken nicht zusammenstoßenden Raum, in dem die Anker angeordnet sind.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Sobald das Ventil 43 Vorwärtsstrom zu führen beginnt, wird die Impulswidklung 47 erregt und gleichzeitig die Wirkung der Auisschaltwicklung 51 abgeschwächt, wodurch die dem Impulsmagnetsystem 46 zugeordneten Anker 48 angezogen und die Schienen 41 und 42 miteinander verbunden werden.

Durch den ansteigenden Hauptstrom wird das Hauptmagnietsystem 46° immer stärker erregt, und damit werden auch die zugeordneten Anker 48° angezogen. Nähert sich der Hauptstrom wieder seinem Nullwert, so werden nur noch die Anker 48 durch das von der Impulswicklung erzeugte Magnetfeld kräftig angezogen, während die Anker 48° nur noch lose auf den Schienen 41, 42 aufliegen. In der Gegend des Stromnulldurchganges wird nun auf ähnliche Art, wie dies in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ein Gegenimpuls erzeugt, wodurch der Strom in der Wicklung 47 praktisch Null, derjenige der Ausschaltwicklung 51 jedoch stark erhöht wird. Dies hat zur Folge, daß alle Anker 48 und 48" in die Ausschaltstellung gehen.

Der Vorteil der beschriebenen Schalteinrichtung besteht vor allem darin, daß irgendwelche mechanische Halterungen für das Schaltelement nicht erforderlich sind, so daß z. B. beim Einschalten keine zusätzliche Energie zum Spannen einer Ausschaltfeder aufgewendet werden muß und daß durch den Wegfall irgendwelcher Halterungsmittel die HerStellung, Montage und Justierung der Schalteinrichtung vereinfacht werden. Dias magnetische Ausschaltsystem bringt den weiteren Vorteil, daß die Schaltelemente in der Endlage magnetisch festgehalten werden; ein Zurückschwingen, das eine Verringerung der Spannungsfestigkeit zur Folge hätte, ist praktisch nicht möglich.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE: -

   ι. Elektrische Schalteinrichtung mit mindestens! einem elektromagnetisch betätigten Schaltelement zur Verbindung feststehender Kontakte und zwei Magnetsystemen, von denen das eine zur Einschaltung und das andere zur Ausschaltung dient, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Pölschuhen der beiden Magnetsysteme angeordneten Schaltelemente außer durch die Schwerkraft nur durch magnetische Kräfte beeinflußt werden.
2. 2. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen der beiden Magnetsysteme einen im Querschnitt viereckigen und in den Ecken nicht zusammenstoßenden Raum umschließen, in dem die Schaltelemente angeordnet sind.
3. 3. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe des Einschaltmagnetsystems zugleich die feststehenden Kontakte bilden.
4. 4. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden Kontakte schienenförmig ausgebildet, unterhalb der Lücke zwischen den Polflächen des Einschaltmagnetsystems angeordnet sind und durch die Schaltelemente im eingeschalteten Zustand verbunden werden.
5. 5. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausschaltmagnetsystem einen zusätzlichen Luftspalt aufweist, der durch einen permanenten Magneten überbrückt ist.
6. 6. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auch das Einschaltmagnetsystem' einen zusätzlichen Luftspalt aufweist, der durch einen permanenten Magneten überbrückt ist.
7. 7. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente scheibenförmig ausgebildet und in dem durch die Polflächen gebildeten Raum parallel hintereinander angeordnet sind.
8. 8. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente zur Verbindung der feststehenden Kontakte im eingeschalteten Zustand gutleitende Strombrücken tragen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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