DE937066C

DE937066C - Switching device for automatic charging or switching on and off electrical collectors

Info

Publication number: DE937066C
Application number: DEK18140D
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl-Ing Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1942-08-27
Filing date: 1942-08-27
Publication date: 1955-12-29

Description

Schalteinrichtung zum selbsttätigen Laden bzw. Zu- und Abschalten von elektrischen Sammlern Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalteinrichtung zum selbsttätigen Laden (bzw. Zu-und Abschalten) von elektrischen Sammlern, und das Wesentliche besteht darin, daß ein in der Ladeleitung (bzw. Verbraucherleitung) angeordneter Hauptschalter (bzw. Umschalter) zum Zu- und Abschalten von Sammlerzellen über eine Relaisstromleitung durch einen elektromagnetischen Quecksilberschalter gesteuert ist, bei dem eine liegend angeordnete und in einer Ausbauchung eine Quecksilbermenge nebst dem einen Anschlußpol aufnehmende Röhre in einer vom Sammlerstrom durchflossenen Schaltspule steckt und längs dieser dicht nebeneinanderliegend einen festen Eisenkern und einen federnd gegen diesen und vom Quecksilbervorrat fortgedrückten magnetisierbarenAnker mit Schaltkontaktteil enthält. Dies hat den Vorteil, daß die sonst üblichen zum Steuern des Hauptschalters bzw. zum Überwachen des Sammlerstromes notwendigen Kontaktamperemeter oder Kontaktvoltmeter erspart und durch die viel einfacheren und billigeren elektromagnetischen Schalter ersetzt werden. Die Magnetspule eines solchen elektromagnetischen Schalters verbraucht dabei ungewöhnlich wenig Strom und benötigt zum Ansprechen eine stets gleichbleibende magnetische Kraft (Amperewindungen). Ebenso ist die Differenz der magnetischen Kräfte, die zum Eih-und Ausschalten nötig sind, sehr gering. Die Wirkung des elektromagnetischen Schalters ist dabei die, daß bei Stromdurchfluß die Spule sowohl den Kernkörper wie auch den Anker gleichpolig magnetisiert und infolgedessen der vom Kernkörper abgestoßene Anker gegen das Quecksilber hirnschwingend den Kontakt herbeiführt. Da der Anker wegen seiner unmittelbaren Nähe am Kernkörper eine starke Abstoßungskraft selbst bei geringer magnetisclher Leistung erfährt, kann er äußerst leicht sein, und seine daraus und aus seiner federnden Lagerung folgende leichte Beweglichkeit führt zu Erregerleistungen von o,or Watt bei Gleichstrom bis o,i Watt bei Wechselstrom für Schaltleistungen von beispielsweise zoo Watt. Das bedeutet eine ungewöhnliche Empfindlichkeit und Wirtschaftlichkeit und eine Ansprechgenauigkeit, welche einen solchen Relaisschalter als Ersatz für die in solchen Schalteinrichtungen bisher üblichen kostspieligen Kontaktamperemeter und Kontaktvoltmeter geeignet machen. Der Anker eines -solchen Quecksilberschalters kann -auch nicht kleben, und der Schalter arbeitet daher stets zuverlässig im Gegensatz zu ähnlichen Quecksilberschaltern mit Hartmetallkontaktteilen, bei denen die Kontakte durch magnetische Anziehung eines Ankers an einen Eisenanker geschlossen werden. Die Ansprechgenauigkeit der neuen Schalteinrichtung beträgt etwa 2 bis 3% der zulässigen Maximalspannung der Sammler, so daß also beim Spannungsabfall um 2 bis 3 % bereits Wiedereinschaltung des Ladestromes bzw. ein Zuschalten von Sammlerzellen in der Verbraucherleitung erfolgt und andererseits auch die Maximalspannung der Sammler nur etwa um 390 überschritten werden kann.Switching device for automatic charging or switching on and off electrical collectors ) arranged main switch (or changeover switch) for connecting and disconnecting collector cells via a relay power line is controlled by an electromagnetic mercury switch, in which a horizontally arranged and in a bulge a quantity of mercury in addition to the connection pole receiving tube in a switching coil through which the collector current flows and along this closely juxtaposed a fixed iron core and a resiliently pressed against this and from the mercury supply magnetizable armature with switching contact part. This has the advantage that the otherwise usual contact ammeters or contact voltmeters required for controlling the main switch or for monitoring the collector current are saved and are replaced by the much simpler and cheaper electromagnetic switches. The magnetic coil of such an electromagnetic switch consumes unusually little power and requires a constant magnetic force (ampere turns) to respond. Likewise, the difference in the magnetic forces that are necessary for switching on and off is very small. The effect of the electromagnetic switch is that when current flows through the coil magnetizes both the core body and the armature homopolar and consequently the armature repelled by the core body makes contact with the mercury, swinging its brains. Since the armature experiences a strong repulsive force due to its close proximity to the core body, even with low magnetic power, it can be extremely light, and its easy mobility resulting from this and from its resilient mounting leads to excitation powers of 0.0 watt with direct current up to 0.1 Watts for alternating current for switching capacities of, for example, zoo watts. This means an unusual sensitivity and economy and a response accuracy, which make such a relay switch suitable as a replacement for the expensive contact ammeters and contact voltmeters that have hitherto been customary in such switching devices. The anchor of a -solchen mercury switch can - not sticking, and therefore the switch operates always reliable in contrast to similar mercury switches with hard metal contact parts, in which the contacts are closed by magnetic attraction of an anchor to an iron anchor. The response accuracy of the new switching device is around 2 to 3% of the maximum permissible voltage of the collector, so that if the voltage drops by 2 to 3%, the charging current is switched on again or collector cells are switched on in the consumer line and, on the other hand, the maximum voltage of the collector is only around can be exceeded by 390.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn zum Schalten über einen größeren Reglerbereich zwei über Relaisstromleitungen in üblicher Parallel- oder Differentialschaltung wirkende derartige elektromagnetische Quecksilberschalter vorgesehen sind, von denen die eine den Hauptschalter auf Abschalten (bzw. teilweises Umschalten auf weniger Zellen) bei Maximalspannung der Sammler und die andere auf -Einschalten (bzw. Zuschalten von Zellen) bei Maximalspannung der Sammler steuert. Hierdurch läßt sich in einfacher Weise der Regelbereich für die Sollspannung der Sammler vergrößern, so daß unnötige Schaltungen und Umschaltungen vermieden werden. Das Eih-und Ausschalten bzw. Umschalten erfolgt dabei sehr genau bei den gewünschten Spannungen.An advantageous embodiment is obtained when switching over a larger controller range two via relay power lines in the usual parallel or differential circuit acting such electromagnetic mercury switches are provided, of which one of the main switch to switch off (or partial Switching to fewer cells) at maximum voltage the collector and the other on - Switching on (or switching on cells) at maximum voltage of the collector controls. This allows the control range for the setpoint voltage of the Enlarge collector so that unnecessary switching and switching can be avoided. Switching on and off or switching takes place very precisely with the desired ones Tensions.

Mit besonderem Vorteil enthält die Spule des Quecksilberschalters einen Eisenkreis, der in an sich bekannter Weise bis auf ein kurzes Stück am Ende des einen Spulenhohlraumes geschlossen ist, und in den diesem offenen Stück entsprechenden Querschnitten liegt der Schaltanker. Auf diese Weise wird die ganze magnetische Kraft auf einen recht kurzen ' Schaltanker vereinigt und dadurch die Röhre noch leichter ansprechend.It is particularly advantageous if the coil contains the mercury switch an iron circle, which is known per se except for a short piece at the end of the one coil cavity is closed, and in the corresponding to this open piece The switch armature lies in cross-sections. In this way the whole becomes magnetic Force on a very short switch armature combined and thereby the tube still more responsive.

Eine weitere Vervollkommnung entsteht, wenn der im Quecksilber liegende Kontaktstift genügend weit in die Röhre hineinragt, um dem Anker als Endanschlag zu dienen, und zwar unter Abisolierung des Ankers oder am besten des Kontaktstiftes durch ein aufgeschmolzenes Glashäubchen, damit nicht etwa hier statt am Quecksilber die Stromleitung entsteht.A further perfection arises when the one lying in the mercury Contact pin protrudes sufficiently far into the tube to act as an end stop for the armature to serve, by stripping the armature or, preferably, the contact pin through a melted glass cap, so not here instead of the mercury the power line is created.

Eine wertvolle Vereinfachungsmaßnahme besteht darin, daß der den Anker tragende Pol gleichzeitig; auch den Magnetkern trägt. Hierzu ist er gut imstande, weil die unter Umständen erheblichen Schaltleistungen ohnedies ziemlich dicke ein= geschmolzene Kontaktstifte erforderlich machen und gegen solche bei der derzeitigen Technik kein Bedenken mehr besteht.A valuable simplification measure is that the anchor load-bearing pole at the same time; also carries the magnetic core. He is well able to do this, because the switching capacities, which can be considerable under certain circumstances, are already quite thick a = require molten contact pins and against those at the current time Technology is no longer a concern.

Eine Ausgestaltungsmöglichkeit für besonders starke Schaltleistungen entsteht, wenn der Anker ein an sich bekanntes isolierendes Näpfchen, beispielsweise aus Quarz, mit Quecksilberfüllung trägt. Dann entsteht der Kontakt beim Einsenken dieses Näpfchens in den Hauptquecksilbervorrat zwischen den beiden Quecksilbermengen, und ein Oxydieren oder sonstiges Zerstören der Metallkontakte ist dann selbst bei besonders starken Schaltleistungen verhütet, während für alle normalen Fälle die übliche Füllung der Röhre mit reduzierender oder sonstwie inerter Gasmenge genügt.A design option for particularly high switching capacities arises when the anchor is a known insulating cup, for example made of quartz, filled with mercury. Then contact is made when sinking this cup in the main mercury supply between the two quantities of mercury, and an oxidation or other destruction of the metal contacts is then even with prevents particularly strong switching capacities, while for all normal cases the The usual filling of the tube with a reducing or otherwise inert amount of gas is sufficient.

Möglich ist auch die Umkehrung der Arbeitsweise des Quecksilberschalters, dergestalt, daß bei Stromdurchfluß der Spule der im Ruhezustand geschlossene Kontakt unterbrochen wird; dazu ist nur nötig, daß der Anker vom Quecksilbervorrat gesehen jenseits des Kernes liegt und um diesen herum oder durch ihn hindurch mit einem Kontaktstift oder Kontaktnäpfchen den Quecksilbervorrat berührt, um dann bei Erregung ihn zu verlassen.It is also possible to reverse the operation of the mercury switch, in such a way that when current flows through the coil, the contact is closed in the idle state is interrupted; for this it is only necessary that the anchor can be seen from the mercury supply lies beyond the core and around or through it with one Contact pin or contact well touches the mercury supply, and then when excited to leave him.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung; es zeigt Fig. z ein Schaltschema für eine Sammlerladung für Wechselstrom über Gleichrichter (Pufferschaltung), Fig.2 eine elektromagnetische Quecksilberschaltung dazu in senkrechtem Längsschnitt.The drawing shows exemplary embodiments of the invention; it shows Fig. z a circuit diagram for collector charging for alternating current via rectifier (buffer circuit), 2 shows an electromagnetic mercury circuit for this in a vertical longitudinal section.

Eine Primärspule 21 eines Umformers ist an die Netzleitungen 22 und 23 eines Wechselstromnetzes über einen Hauptschalter 24 (Schaltschütz) und Leitungen 25, 26, 27 angeschlossen. Das Schaltschütz 24 schaltet durch Federkraft ein und wird durch eine Relaisspule 28 geöffnet, die durch einen elektromagnetischen Quecksilberschalter z über die Relaisstromleitung 29, 30 gesteuert ist. Der Quecksilberschalter r ist seinerseits durch eine Schaltspule ro über einen von Hand regelbaren Widerstand 31 und Leitungen 32, 33 durch die elektromotorische Kraft einer Sammlerbatterie 34 gesteuert; und zwar derart, daß bei Erreichen einer maximalen Sollspannung in den Sammlern 34 der OOuecksilberschalter i schließt und dadurch über die Spule 28 den Hauptschalter 24 öffnet.A primary coil 21 of a converter is connected to the power lines 22 and 23 of an alternating current network via a main switch 24 (contactor) and lines 25, 26, 27. The contactor 24 switches on by spring force and is opened by a relay coil 28 which is controlled by an electromagnetic mercury switch z via the relay power line 29, 30. The mercury switch r is in turn controlled by a switching coil ro via a manually adjustable resistor 31 and lines 32, 33 by the electromotive force of a collector battery 34; in such a way that when a maximum set voltage is reached in the collectors 34, the OOuecksilberschalter i closes and thereby opens the main switch 24 via the coil 28.

Die Sekundärspule 35 versorgt über eine Gleichrichterschaltung 36 mit Gleichrichtern 37 die Lade-Ieitung 38, 39 der Sammlerbatterie mit Gleichstrom.The secondary coil 35 supplies power via a rectifier circuit 36 with rectifiers 37 the charging line 38, 39 of the collector battery with direct current.

Der elektromagnetische Schalter i ist gemäß Fig. 2 folgendermaßen ausgebildet: Eine Glas- oder Quarzröhre i nimmt in einer unteren Ausbauchung 2 eine Quecksilberfüllung und durch diese hindurchreichend einen Kontaktstift 3 auf, der oben einen glasüberzogenen Kopf 4 trägt. Als zweiter Kontaktpol ist axial in die Röhre ein Stift 5 eingesetzt, der einerseits einen Weicheisenmagnetkern 6 und andererseits an einer Feder 7 einen Weicheisenanker 8 mit Kontaktstift 9 trägt. Der Anker 8 braucht nicht unmittelbar am Kern 6 anzuliegen, sondern kann von ihm durch eine Lackschicht oder sonstige ganz kurze Abstandhalter getrennt sein.The electromagnetic switch i is shown in FIG. 2 as follows formed: A glass or quartz tube i has a lower bulge 2 Mercury filling and a contact pin 3 reaching through it, which carries a glass-covered head 4 at the top. The second contact pole is axially into the Tube inserted a pin 5, on the one hand a soft iron magnetic core 6 and on the other hand A soft iron anchor 8 with contact pin 9 is carried on a spring 7. The anchor 8 needs not to lie directly on the core 6, but can from it through a layer of lacquer or other very short spacers.

Die Röhre liegt in einer Spule io, die beispielsweise für Gleichstrom von 22o Volt ungefähr ioo ooo Ohm und eine Stromaufnahme von höchstens oj VA hat. Diese Spule liegt in einem Weicheisenjoch i i, dessen Rückenteil als vor der Zeichenebene liegend nur strichpunktiert angedeutet ist und das durch ein Kernrohr 12 bis auf einen Zwischenraum 13 geschlossen ist, der den Anker 8 der Röhre umgibt. Bei Stromdurchgang durch die Spule wird somit der magnetische Kreis vom Joch i i und Kernrohr 1:2 über den Kern 6 und Anker 8 geschlossen, und beide Teile werden infolge gleichpoliger Erregung voneinander abgestoßen, so daß der Anker 8 sich gegen den Anschlag 4 legt und mit seinem Stift g im Quecksilberkontakt gibt, solange der Strom fließt.The tube lies in a coil io, for example for direct current of 22o volts has about ioo ooo ohms and a current consumption of no more than oj VA. This coil lies in a soft iron yoke i i, the back part of which is in front of the plane of the drawing lying only indicated by dash-dotted lines and through a core tube 12 except for a gap 13 is closed which surrounds the armature 8 of the tube. With continuity the magnetic circuit of the yoke i i and core tube is thus 1: 2 over by the coil the core 6 and armature 8 are closed, and both parts are homopolar as a result Excitation repelled from one another, so that the armature 8 lies against the stop 4 and there is in mercury contact with his pin g as long as the current is flowing.

Ersetzung des Stiftes 9 durch ein Quarznäpfchen mit Quecksilberfüllung führt zur Kontaktgebung zwischen den beiden Quecksilbermassen. Lagerung des Ankers 8 oberhalb des Kerns 6 führt zum Aufwärtsbewegen des Kontaktstiftes 9 oder Quecksilbernäpfchens und somit zur Stromunterbrechung während der Dauer des Erregerstromdurchganges in die Spule io.Replacement of the pin 9 by a quartz cell filled with mercury leads to contact between the two mercury masses. Storage of the anchor 8 above the core 6 leads to the upward movement of the contact pin 9 or mercury well and thus to the interruption of the current during the duration of the passage of the excitation current in the coil io.

Sobald die Sammlerbatterie 34 ihre Maximalspannung beim Laden erreicht hat, schaltet die elektromagnetische Schaltröhre i ein und dadurch über die Spule 21 den Hauptschalter 24 aus, so daß die Ladeleitungen 38 und 39 stromlos werden. Sinkt die Spannung der Batterie 34 um etwa 3 °/o, so wird der Hauptschalter 24 durch Federkraft wieder eingeschaltet und die Batterie 34 wieder aufgeladen.As soon as the collector battery 34 reaches its maximum voltage when charging the electromagnetic interrupter i switches on and thus via the coil 21 the main switch 24 off, so that the charging lines 38 and 39 are de-energized. If the voltage of the battery 34 drops by about 3%, the main switch 24 is through The spring force is switched on again and the battery 34 is recharged.

Sollen größere Spannungsunterschiede in der Batterie zugelassen werden, so werden zwei über Relaisstromleitungen in Parallel- oder Differentialschaltung wirkende Quecksilberschalter i, gegebenenfalls nebst einer Öffnungsspule 28 und einer entsprechenden Schließspule für den Schalter 24 vorgesehen, wobei der eine Quecksilberschalter den Hauptschalter auf Abschalten bei Maximalspannung der Sammler und der andere auf Einschalten bei :Minimalspannung der Sammler steuert. Die gleiche Schalteinrichtung nebst dem beschriebenen Quecksilberschalter kann auch zum teilweisen Abschalten oder Hinzuschalten von Sammlerzellen verwendet werden, um die Spannung in der Verbraucherleitung auf einer gewünschten Höhe, also innerhalb eines Regelbereiches zu halten.If larger voltage differences are to be permitted in the battery, so two are connected in parallel or differential via relay power lines acting mercury switch i, optionally together with an opening coil 28 and a corresponding closing coil for the switch 24 is provided, the one Mercury switch to switch off the main switch at maximum voltage of the collector and the other to switch on at: Minimum voltage of the collector controls. The same Switching device in addition to the mercury switch described can also be used in part Switching off or switching on of collector cells are used to control the voltage in the consumer line at a desired height, i.e. within a control range to keep.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Switching device for automatic charging (resp. Switching on and off) of electrical collectors, characterized in that an in the main switch (or changeover switch) arranged on the charging line (or consumer line) for connecting and disconnecting collector cells via a relay power line through a electromagnetic mercury switch is controlled, in which a horizontally arranged and in a bulge a quantity of mercury in addition to the one terminal pole receiving it Tube is stuck in a switching coil through which the collector current flows and along this close together a solid iron core and a springy one against it and magnetizable armature with switch contact part pushed away from the mercury supply contains.

2. Switching device according to claim i, characterized in that for switching over a larger controller range two over relay power lines in the usual parallel or such electromagnetic mercury switches acting in a differential circuit are provided, one of which switches the main switch off (or partially Switching to fewer cells) at maximum voltage the collector and the other on Switching on (or switching on cells) at minimum voltage is controlled by the collector.

3. Switching device according to claim i or 2, characterized in that the coil of the mercury switch contains an iron circuit in a manner known per se is closed except for a short piece at the end of a coil cavity and the switch armature lies in the cross-sections corresponding to this open piece.

4. Switching device according to one of claims i to 3, characterized in that the contact pin lying in the mercury protrudes sufficiently far into the tube, to serve as an end stop for the anchor, stripping the anchor or ideally the contact pin through a melted glass dome.

5. Switching device according to one of claims i to 4, characterized in that the armature bearing Pole also carries the magnetic core at the same time.

6. Switching device according to one of the Claims i to 5, characterized in that the armature is an insulating one which is known per se Pans, for example made of quartz, with a mercury filling.

7. Switching device according to Claim r, characterized in that the operation of the mercury switch is reversed the anchor, viewed from the mercury supply, lies beyond and around the core or through it with a contact pin or contact well the mercury supply touched, only to leave him when excited.