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Es sind Schnellschalter bekannt, bei denen ein von einem hauptstromerregten Haltemagneten festgehaltener Auslöseanker durch die Zugkraft eines gleichfalls hauptstromerregten Auslösemagneten bei Überlast schlagartig angezogen wird und durch Auftreffen auf den beweglichen Kontakthebel den Schalter öffnet. Solche Sehnellsehalter lösen nach beiden Stromrichtungen gleichschnell aus. Durch Aufbringen einer Spannungswicklung auf den Haltemagneten liess der Schalter sich polarisieren, so dass er nur nach einer Stromrichtung auslöse ; dadurch wurde er z. B. als Riiekstromsehnellsehalter zum selektiven Abschalten rüekzündender Gleichrichter usw. verwendbar.
Damit ein solcher Rückstromschalter auch bei Vorwärtsstrom, u. zw. um die Selektivität bei Rüek- zündungen nicht zu stören, langsamer auslöse, hatte man zusätzlich verzögerte Relais od. dgl. vorgesehen, die auf ein Auslöseorgan des Schalters wirkten.
Die Erfindung löst die Aufgabe, einen solchen Schalter herzustellen, oder allgemeiner gesprochen, einen Schalter grosser Leistung, der in der einen Stromrichtung als ausgesprochener Schnellschalter, in der andern Stromrichtung dagegen mit mehrfach grösserer Schaltzeit schaltet, in ausserordentlich einfacher Weise unter Vermeidung zusätzlicher Relais. Das Prinzip des neuen Sehalters wird im folgenden beschrieben.
Bei dem bekannten Schalter wurde der Haltemagnet so bemessen, dass seine an ihm wirkende
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dass die auf den Schlaganker wirkende Haltekraft und Auslösekraft unabhängig voneinander anwuchsen, u. zw. letztere schneller als erstere, sondern dadurch, dass der Haltefluss aus dem Schlaganker heraus in den Streuweg des Haltemagneten gedrängt wurde.
Erfindungsgemäss wird nun in den Haltemagneten ein von einer konstanten Gleichspannung erregter Magnet eingefügt, in dessen Wirkung durch den aus dem Schlaganker herausgedrängten Haltefluss ein zusätzlicher Strom induziert wird, der bei Vorwärtsstrom die Haltekraft verstärkt und bei Rück-
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aus, während er in der Vorwärtsstromrichtung als langsamer Schalter abschaltet, dessen Abschaltzeit ein Mehrfaches von derjenigen in der Rückstromrichtung beträgt.
Wenn hier nun im folgenden von Vorwärts-und Rückstrom gesprochen wird, so geschieht dies des einfacheren und klareren Ausdrucks wegen. Es muss jedoch ausdriicklich betont werden, dass dadurch keine Stromrichtung ausgezeichnet werden soll. Es kann an sich die schnell-wie die langsamschaltende Stromrichtung als Vorwärtsstrom betrachtet werden.
Mit andern Worten : Vorwärtsstrom und Rück- strom bedeuten nichts weiter als die eine bzw. die andere Stromrichtung.
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flüsse bei dem bekannten Schalter, Fig. 3 den Verlauf der Kraftflüsse in der Anordnung gemäss der Erfindung bei Vorwärtsstrom, Fig. 4 das zugehörige Kraftflussdiagramm bei zunehmendem Strom und konstant gehaltenen Luftspalten aS d, Fig. 5 den Verlauf der Kraftflüsse analog Fig. 3, jedoch bei Rückstrom, Fig. 6 das zugehörige Kraftflussdiagramm bei zunehmendem Rückstrom und konstant gehaltenen Luftspalten.
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durch die Federn E angepresst wird.
Die Erregerwindungen H und K beider Magnete sind über die Kontakte D des Schnellschalters in Reihe geschaltet und werden von dem über die Sehalterkontakte fliessenden Strom J durchflossen, sind also hauptstromerregt. Erfindungsgemäss wird zwischen den Schenkeln des Haltemagneten B ein Kernstück F praktisch luftspaltlos eingefügt, auf das die Spannungsspule G aufgeschoben ist. Sie liegt an einer konstanten Spannung, die entweder der eigenen Stromquelle (Eigenerregung) entnommen werden kann oder einer fremden Stromquelle (Fremderregung). Andere Zusatzeinrichtungen, wie Relais, Hilfskontakte usw., sind ausser dem erwähnten Spannungsmagneten nicht notwendig.
Denkt man sieh das Joch F mit der Wicklung G und die Federn E zunächst weg, so liegt die bekannte Anordnung vor. Zum leichteren Verständnis des folgenden seien an Hand der Fig. 2 die magnetisehen Flüsse bei Auftreten von Überstrom noch einmal für diese Anordnung erläutert.
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dem Erregerstrom der Wicklungen H und K (siehe Fig. 1 und 3).
Zur leichteren Beurteilung der Kräfteeinwirkung auf den Schlaganker ist in diesem wie in allen übrigen Flussdiagrammen der Auslösefluss #A auf ein Kräfteverhältnis PA/PH=1 reduziert, d. h. bei #A = #H ist die im Luftspalt a-b wirksame Zugkraft PA gleich der im Luftspalt c-d wirksamen
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ankers infolge der gleichzeitigen Magnetisierung durch #A schneller, als sich die am Haltemagneten wirkende magnetomotorische Kraft durch Vergrösserung von J erhöht, so dass der den Luftspalt c-il
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Polen des Haltemagneten abgerissen wird und die Sehnellschalterkontakte geöffnet werden.
Würde der Haltefluss (Du nicht in den Streuweg gedrängt werden, sondern gemäss der gestrichelten Kurve #H@ ver-
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so sind, beispielsweise bei Vorwärtsstrom, die Flüsse #H' und #A, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, so ge- richtet, dass sie zusammen mit dem Zusatzfluss < Pp des Zusatzmagneten F, G gleichsinnig den Schlaganker durchströmen. Der Schlaganker wird also von der einen Seite her über den verhältnismässig grossen Luftspalt a-b durch den Fluss #A und von der andern Seite her über den verhältnismässig kleinen Luft-
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regung nur einen Bruchteil der Erregung des Auslösemagneten beträgt.
Verfolgt man nun bei zunehmendem Strom, aber konstanten Luftspalten a-b, c-d (d. h. festgehaltenem Anker C) die verschiedenen Kraftflüsse, so ergibt sich folgendes : Zunächst verringert sich mit wachsendem Strome J entsprechend der Verringerung des Leitwertes im Sehlaganker (durch < ) der durch die stationäre Spannung erzeugte Fluss #P. Gleichzeitig strömt der aus dem Luftspalt c#d gedrängte Teil vom Fluss #H' zum grössten Teil den Spulenkern F, da dessen magnetischer Leitwert erheblich grösser als der magnetische Leitwert des Luftstreuweges ist. Durch diese Flussänderungen wird in der Spannungsspule eine der konstanten Aussenspannung gleichgerichtete Zusatzspannung und damit ein zusätzlicher, dem stationären Spulenstrom gleichgerichteter Strom iP induziert.
Durch diesen induzierten Zusatzstrom wird die an dem Luftspalt c-d wirkende magnetomotorisehe Kraft des Haltemagneten soweit verstärkt, dass insgesamt ein Verdrängen des wirksamen Halteflusses #H in den Streuweg verhindert wird.
Fig. 4 zeigt das zugehörige Flussdiagramm bei anwachsendem Vorwärtsstrom JV. #A ist wieder
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Zusatzfluss, und #H ist der resultierende Haltefluss, der sich aus dem durch den Haltemagneten austretenden Fluss dem stationären ( < 1') und dem im gleichen Sinne wirkenden induzierten Zusatzfluss #P' zusammensetzt. Das Abreissen des Schlagankers und somit das Auslösen des Schalters kann darum erst nach Erreichung des Stromes J. r erfolgen, der, wie angestellte Versuche ergaben, das beispielsweise
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im Spannungsmagnetkern erhöht, wodurch ein dem stationären Strom Jp entgegengesetzt wirkender Zusatzstrom ip induziert wird.
Der stationäre Strom wird daher auf Null gedrückt und schliesslich seine Richtung umgekehrt. Die am Haltemagneten wirkende magnetomotorische Kraft wird also nicht, wie beim Vorwärtsstrom durch den induzierten Zusatzstrom in Spule G sofort verstärkt, sondern zunächst geschwächt, so dass das Herausdrängen des Halteflusses cI > 1I und damit das Abreissen des Sehlagankers beschleunigt wird. Gegenüber dem Schnellschalter ohne Spannungsspule, dessen Auslösung vom Stromanstieg (di/dt) praktisch unabhängig ist, hat der Schnellschalter gemäss der Erfindung bei Rückstrom die Eigenschaft, um so früher auszulösen, je rascher der Strom ansteigt.
Fig. 6 zeigt das zugehörige Flussdiagramm bei ansteigendem Rückstrom (J.). < t- ist der wirksame
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schreitung von JA, wird der Anker abgerissen, da dann (zunächst kleiner als wird, ja sogar durch Null geht. Ein Vergleich der Fig. 4 und 6 zeigt die erheblichen Unterschiede der Auslösezeiten. Durch gleichzeitige Verwendung von Schaltern nach der Erfindung in Vorwärts-und Rückstromschaltung lassen sich also selektive Abschaltungen erzielen.
Die beschriebenen Ausführungen sind nur Beispiele des Erfindungsgedankens. Die Erfindung kann auch für Relais und ähnliche Einrichtungen zur Verwendung gelangen, bei denen dann der Schlaganker eine Kontaktvorrichtung betätigt oder direkt auf Auslöseorgane einwirkt.
Ferner kann beispielsweise in den Spannungskreis zum Zusatzmagneten die Sekundärwicklung eines Transformators in Reihe geschaltet werden, dessen Primärwicklung im Hauptstrom liegt. Bei Auftreten von Änderungen des Hauptstromes treten dann im Kreis des Zusatzmagneten zusätzliche Induktionsströme auf, die eine weitgehende Beeinflussung der Auslösezeit in Abhängigkeit vom Hauptstrom gestatten. Dabei kann man die Auslösezeiten durch verschiedene Bemessung des Transformators entweder von der Steilheit des Stromanstieges abhängig machen oder auch bei mehreren hintereinander geschalteten Schaltern, die vom gleichen Strom durchflossen werden, die Auslösezeiten bei gleichem Stromanstieg gegeneinander abstufen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Stromrichtungsempfindliche Auslösevorrichtung für Schnellschalter oder Relais mit einem hauptstromerregten Haltemagneten, einem ebenfalls hauptstromerregten Auslösemagneten und einem
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magneten ein an einer konstanten Spannung liegender Zusatzelektromagnet derart angeordnet ist, dass in seiner Wicklung bei der einen Stromrichtung ein den Haltefluss schwächender, bei der andern Stromrichtung ein diesen stärkender Zusaztstrom induziert wird.