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Wechselstrom-Schaltwerk mit Abschaltung bei Strom-Nulldurchgang durch elektro-pneumatische oder elektro-hydraulische Kontàktbetätigung
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oben geschilderte betriebsmässige Nullabschaltung die jeweilige Phasenlage des Betriebsstromes möglichst genau gemessen werden. Diese Messung führt ein kleiner selbstanlaufender Synchronmotor (Rcluktanzmotor) durch, dessen Ständerwicklung je nach Bedarf mittels besonderer Kontakte des Schaltwerkes das eine Mal an eine oder mehrere Phasenspannungen gelegt, oder das andere Mal in den Pfad des Wechselstromes oder die Pfade der Wechselströme des abzuschaltenden Ein-oder Mehrphasen-Motors geschaltet wird.
Da dieser kleine Synchronmotor wegen seiner relativ zum zu schaltenden Hauptmotor geringen Grösse die jeweiligen Stromphasenlagen dieses Motors praktisch ohne Verzögerung einnimmt, nimmt er bei jeder Änderung der Phasenlage des zu schaltenden Stromes den für die Nullabschaltung richtiger räumlichen Winkel ein. An die Phasenspanndng bzw. die Phasenspannungen wird die StÅandenvicklung des kleinen Synchronmotors nur in folgenden beiden Fällen gelegt :
1. wenn der Hauptmotor betriebsmässig abgeschaltet wird, so dass der Syachronmotor in diesen Abschaltzeiten weiterlaufen kann und bei Neueinschaltung des Hauptmotors sich nur auf dessen Phasenlage einzudrehen braucht,
2. wenn beim Drehstrom-Schleifringläufermotor die ohmschen Läuferwiderstandsstufen abgeschaltet werden.
In diesem Falle ist nämlich der Läuferstrom des Hauptmotors angenähert in Phase mit seiner Läuferphasenspannung, die ihrerseits nach lem Vektor-Diagramm des Asynchronmotors in Gegenphase mit der Ständerphasenspannung des Hauptmotors ist, während der zu den ? jeweiligen Läuferstrom gehö- rende Ständerstrom wegen des relativ grossen Magnetisierungsstromes von etwa 3 (. bis 40 % des Nennstromes auch nicht angenähert in Phase mit dem Läuferstrom liegt. Auf diese Weise erspart man sich das besondere Umschalten der Ständerwicklung des Synchronmotors auf die LäuferstrÖrre de : Hauotmotors.
Bei der folgenden Näherungsrechnung ist angenommen, dass der Strom cinusformigen Verlauf hat, und die Stromkurve im Bereich von 30 el. zu beiden Seiten des Nulldurchganges durch eine Gerade ersetzt wird.
Die Genauigkeit, mit der der kleine Synchronmotor die elektrische Phasenlage in räumliche Winkellage umwandelt und einhält, ist erfahrungsgemäss verhältnismässig grop, nämlich einige wenige Grade auch bei etwas schwankender mechanischer Belastung, z. B. durch eine kleine Zahnradpumpe.
Da der obengenannte, zugelassene Streubereich von etwa ¯ 20% der Stromamplitude des abzusehaltenden Motors einem Winkelbereich bei einem zweipoligen Synchronmotor von 2. 120 : : 240 entspricht, sind Unge-
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nen Kolbenfläche von 1 cm2, wie oben gesagt. mindestens 30 atü beträgt, dann ergibt sich aus der Gleichsetzung der Kräfte :
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=die Konstante BescnLeumgung
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Beträgt der verlangte Weg s des beweglichen Kontaktes z. B. s =1 cm =10-2 [m], dann ergibt sich für die Zwücklegung dieses Weges s eine Zeit
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Die Kurve s = f (t) ist eine Parabel und in Fig. 1 als Kurve 1 dargestellt.
Nimmt man beispielsweise nach einem Weg s = 4 mm die Trennung der Kontakte an, dann sind 1, 64 ms seit Beginn des Beschleuni-
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Kurve 1 und 2 sieht man, dass die Zeitpunkte für 4 mm bei 1, 65 ms, d. h. bei -10 % und für. 8 mm bei 2, 33 m/s, d. h. bei + 10 % der Str01TIamplitude. oder umgekehrt bei + 10% und - 10 % von imax liegen. Die Kontakttrennung kann also im Bereich zwischen 4 und 8 mm Schaltweg erfolgen. Wichtig ist, dass nach der Kontakttrennung der Isolierabstand zwischen den Kontakten so schnell als möglich wächst, und dass ist bei der parabelförmigen Kurve 1 bei grösserem Kolbenweg wegen der steigenden Kolbengeschwindigkeit besser gegeben als bei kleinem Kolbenweg.
Zwischen 6 und 8 mm ist die Geschwindigkeit des Kolbens und damit der Schaltstücke nach der Trennung 6 mm/ms = 6 m/s, während die mittlere Geschwindigkeit zwischen 0 und 2 mm nur 1, 7 mm/ms : = 1, 7 m/s ist. Man wird die Kontakttrennung so einstellen, dass sie möglichst vor dem genauen Nulldurchgang des Wechselstromes erfolgt, weil dann mit Sicherheit beim genauen Nullpunkt eine Isolierstrecke vorhanden ist. Die kleinen Ströme kurz vor Nulldurchgang haben kaum Einfluss auf die Lebensdauer der Kontakte.
Bei diesen Kurven in Fig. 1 ist die Reibung sowohl des Kolbens als auch der verdrängten Ölsäule von einigen cm Volumen zunächst nicht berücksichtigt. Eingehende Versuche haben aber gezeigt, dass diese Ölreibung die angestellte Berechnung überhaupt nicht beeinflusst, selbst dann nicht, wenn man in die Bahn des abströmenden Öls erhebliche Querschnittsverengungen durch eingebaute Blenden bis zu 6 % des Kolbenquerschnittes bringt.
Diese ausserordentliche Herabsetzung der bewegten Massen bei gleichzeitiger starker Heraufsetzung der wirksamen Kräfte hat auch für das Einschalten der Hauptkontakte einen bemerkenswerten Fortschritt gegenüber den elektromagnetischen Schützen zur Folge. Das Verhältnis von Betätigungskraft zu bewegter Masse, nämlich die Beschleunigung b, wird bei 100 kp Betätigungskraft und 0, 1 kp Gewicht des bewegten Teiles z. B. :
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zahl von 10000 an aufwärts überhaupt keine Prellungen mehr auftreten können, wenn das bewegte Gewicht mit fest angebauten Kontakten bzw. Kontaktbrücken auf den starren festen Kontakt bzw. auf die feste Kontaktbrücke trifft.
Diese Prellungen setzen bei Schützen die Kontaxtlebehsdaue erheblich dadurch herab, dass sie die Kontaktverbindung mindestens einmal, oft sogar mehrmals kurz bei bereits vollflie- ssendem Hauptstrom unterbrechen oder es zumindsstens zur Lichtbogenausbildung kommen lassen. Schon bei kleineren Strömen bis 100 A wird hiedurch die Kontaktlebensdauer erheblich herabgesetzt, aber erst bei Strömen über 250 A werden die Verhältnisse hinsichtlich der Prellungen so unangenehm, dass die handelsüblichen grossen Schütze bei induktiven Hauptströmen nicht viel über die vom VDE vorgeschriebenen 5000000 Schaltungen für einen Kontaktsatz hinauskommen.
In Fig. 2 ist eine schematische Anordnung des Druckölkreislaufes für das Schaltwerk angegeben. 3 ist der oben bereits beschriebene Synchronmotor, 4, 5 und 6 sind die drei Phasenwicklungen des dreiphasigen Synchronmotors, wie er bei Drehstrom, also bei Asynchronmotoren, verwendet wird. Die Wicklung 4 ist an die Klemmen 4'und 4", die Wicklung 5 an die Klemmen 5'und 5"und die Wicklung 6 an die Klemmen 6'und 6" geführt. An Stelle der Dreiphasenwicklung sind bei Einphasenstrom ein einphasiger Synchronmotor mit Hilfsphase zum Anlauf oder ein zweiphasiger Synchronmotor verwendet, dessen zweite, nur 900 elektrisch gedrehte Phase ständig über einen Kondensator erzeugt wird.
Die Welle 7 des Synchronmotors 3 ist über die Kupplung 8 mit der Zahnradpurnpe 9 mechanisch verbunden. Die Welle 10 der Zahnradpumpe ist ihrerseits über die Kupplung 11 mit dem ersten Schaltelement 12 ebenfalls mechanisch verbunden. Die weiteren Schaltelemente 13,14, 15, die je nach Anzahl der Betätigungskontakte vermehrt werden können, sind über die Kupplungen 16, 17, 18, 19 mit der Welle 20 des Schaltelementes 12 starr verbunden, so dass die Wellen 21, 22,23 der beispielsweise eingezeichneten Schaltelemente 13,14, 15 synchron mit der Welle 20 und über die Welle 10 der Zahnradpumpe 9 synchron mit der Welle 7 des Synchronmotors 3 umlaufen.
Die angedeuteten mechanischen Kupplungen 8, 11, 16, 17, 18, 19 sind so ausgebildet, dass sie zwar keine Winkelveidrehungen, aber Verlagerungen der Wellenachsen zueinander zulassen, wie das beispielsweise bei Kreuzscheibenkupplungen der Fall ist. Bei der grossen Zahl von möglichen Schaltelementen (in Fig. 2 sind nur vier Schaltelemente, nämlich 12, 13,14, 15 gezeichnet), die bausteinmässig mit verschiedenen Abständen untereinander aneinander angereiht werden sollen, ist eine derar, ige Kupplung notwendig. Aus den Schaltelementen 12, 13, 14, 15 treten die Betätigungskolben 24, 25, 26, 27 aus und tragen auf ihren oberen Enden isoliert die Kontaktbrücken 28, 29, 30, 31.
Auf der Isolierleiste 32 sitzen die Gegenkontakte 33, 34, 35, 36, die in diesem Prinzipbild der Einfachheit halber fest angebracht gezeichnet sind und aus je zwei in der Blickrichtung hintereinander gerichteten, voneinander isolierten Kontaktstücken bestehen, an die die jeweils zu unterbrechenden Leitungen angeschlossen sind. In Wirklichkeit werden diese Kontakte nach oben zurückfedernd eingebaut, wie später beschrieben wird, damit die beabsichtigte exakte Kontakttrennung entsprechend den Kurven 1 und 2 in Fig. 1, wie dort beschrieben, bei höherer Geschwindigkeit der Betätigungskolben bei derenAbwärtsbewegung auftritt. Diese Abwärtsbewegung der Betätigungskolben 24, 25, 26,27 wird durch die starken Rückzugfedern 37'und 37"am Kolben 24, 38'und 38"am Kolben 25, 39'und 39"am Kolben 26, 40'und 40"am Kolben 27 herbeigeführt.
Die eingezeichneten Schaltelemente 12,13, 14, 15 sind durch die Ölleitungen 41,42, 43 und 44 mit der gemeinsamen, schraffiert gezeichnetenDruckölleitung 45 verbunden, die über die Leitung 46 von dem Federdruckspeicher 47 gespeist werden. Dieser Federdruckspeicher 47, der in der Hauptsache aus der starken Druckfeder 48, dem Druckkolben 49 und dem Druckzylinder 50 besteht, wirkt als Druckpuffer für die evtl. kurzen Einschaltbetätigungen höherer Leistung, damit die Zahnradpumpe 9, die über die Druckleitung 51 mit dem Druckspeicher 47 verbunden ist und ihr Öl über die Saugleitung 52 ansaugt, klein bleiben kann und nur für die mittlere Ölförderung ausgelegt zu werden braucht, die wesentlich kleinerist als die evtl. zur kurzzeitigen Schalterbetätigung benötigte relativ grosse Druckölmenge je Zeiteinheit, z. B. von 10 ms.
Damit die Zahnradpumpe 9 und der kleine Synchronmotor 3 von den Leistungsschwankungen bei der Kontaktbetätigung möglichst weitgehend verschont bleiben, wird die Druckleitung 51 mit wesentlich höherem Ölwiderstand ausgelegt als die der Leitungen 45 und 46. Die Zahnradpumpe 9 soll noch aus einem zweiten Grunde möglichst klein ausgelegt werden : Eine Zahnradpumpe benötigt immer volle Leistung, auch wenn sie nur Druck und keine Nutzölmenge abzugeben hat. Es ist also immer ein Druckventil 53 nötig, über das nach Abzug der Leckölmenge des vol kreislaufs die restliche geförderte Ölmenge der Zahnradpumpe abgeblasen wird.
Da also ständig die volle Leistung der Zahnradpumpe erzeugt werden muss, die praktisch bei den vorliegenden Schalterbetätigungen vollständig in Wärme verwandelt wird, darf die Leistung der Zahnradpumpe nur so gross sein, dass die vorhandene, verhältnismässig geringe Ölmenge 54
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des Ölbehälters 55 in hier Erwärmung in den üblichen Grenzen bleibt. Natürlich kann der Ölbehälter 55, wie üblich, mit Kühlrippen oder sogar mit Kühlrohren versehen werden, aber angesichts der theoretisch sehr kleinen mittleren Betätigungsleistung bei den üblichen Schaltbetätigungen der gesamten Anordnung ist es am zweckmässigsten, wie beschrieben, die Zahnradpumpe 9 mittels des Puffers 47 möglichst klein in ihrer Abmessung und in ihrer abgegebenen Leistung zu halten.
In Fig. 3 ist eines der in Fig. 2 gezeichneten Schaltelemente 12,13, 14,15 im Querschnitt gezeichnet dargestellt, beispielsweise das betätigte Schaltelement 14. In Fig. 3 bezeichnet wieder : 26 den Betätigungskolben für die isoliert angebrachte, in Fig. 3 nicht gezeichnete Kontaktbrücke 30 aus Fig. 2.
Die starkenRückzugsfedern 39', 39" aus Fig. 2 sind der Übersichtlichkeit wegen in Fig. 3 ebenfalls nicht gezeichnet. Quer zur Bohrung 56 ist eine durchgehende Bohrung 57 angebracht, die durch die beiden Deckel 58 und 59 druckdicht abgeschlossen ist. In der Bohrung 57 bewegt sich seitwärts der Kolbenschieber 60, dessen linke und rechte äussere Kolbenfläche von den Öldruckleitungen 61 und 62 beaufschlagt wird. 43 ist der Druckanschluss aus Fig. 2, der das Drucköl zur Betätigung des Kolbens 26 führt, wenn der Steuerkolben 60 ganz rechts steht und den Zylinderraum 56 mit der Druckölleitung 43 verbindet.
In der in Fig. 3 gezeichneten linken Stellung des Steuerkolbens 60 wird der Betätigungszylinder 56 mit dem Ölabflasskanal 63 verbunden, der mindestens den gleichen Querschnitt wie der Zylinder 56 hat.
Auch der durch die mittlere Ausdrehung des Kolbenschiebers 60 geschaffene zylinderförmige Druckflussquerschnitt 64 muss mindestens den Durchlassquerschnitt von 56 haben.
Unterhalb des Ausflusskanals 63 läuft der vom Synchronmotor 3 in Fig. 2 angetriebene Drehschieber 65 beispielsweise in der durch den Pfeil angedeuteten Drehrichtung, also links herum um. 66 ist der Durchlassschlitz des Drehschiebers 65, dessen Strömungsquerschnitt mindestens gleich dem des Zylinders 56 ist.
Die gestrichelte Linie 67 deutet an, dass der Drehschieber 65 winkelstarr mit einem zweiten Drehschieber 68 verbunden ist, dessen Durchlassschlitz 69 nur für die Betätigung des Kolbenschiebers 60 zu bemessen ist. 68 unterbricht zeitweise die Steuerleitung 62.70 ist die Abflussleitung des Drehschiebers 65, die auch entfallen kann, wenn der Drehschieber 65 nur aus einem dünnwandigen Rohr mit einem einzigen Abflussschlitz 66 besteht. Im letzteren Falle strömt das durch den Schlitz 66 freigegebene Öl in axialer Richtung aus dem seitlich offen gelassenen Rohr-Drehschieber heraus.
Die Steuerleitungen 61,62 führen zu einem kleinen Kolbensteuerschieber 71, der in der kleineren Bohrung 72 nach links durch den kleinen symbolisch angedeuteten Elektromagneten 73 mittels dessen Anker 74, der mit 71 fest verbunden ist und nach rechts durch die Rückzugfeder 75 bewegt wird. 76 ist die Anschlussleitung für die hydraulische Steueranordnung. Sie ist an die Öldruckleitung 43 bzw. 45 in Fig. 2 angeschlossen und führt neben dem Lecköl nur die geringe Ölmenge, die zur Betätigung des grösseren Kolbenschiebers 60 benötigt wird.
77 ist der Metallblock oder das Gussstück, in dem die bisher beschriebenen Zylinder und Leitungen liegen, das dem Teil 14 der Fig. 2 entspricht.
Der Magnet 73 liegt mit seiner einen Klemme 78 z. B. am Pluspol einer kleinen Gleichstromquelle, also z. B. an einem Trockengleichrichter. Die andere Klemme 79 ist über die Leitung 80 zum Kontakt 81 und von dort aus weiter zum Schalter 82 geführt. Die Leitung 88 liegt am Minuspol der Gleichstromquel- le. Der Kontakt 81 berührt das bewegliche Schaltstück 84, wenn der kleinere Kolbenschieber 71 links steht, also wenn der Magnet 73 seinen Anker 74 angezogen hat. Das ist der Fall, wenn der Schalter 82 geschlossen ist. Die kleine Feder 85 zieht nämlich das Schaltstück 84 immer gegen die Isolierscheibe 86, die mit dem kleineren Kolbenschieber 71 fest verbunden ist.
Das bewegliche Schaltstück 84 ist über die Leitung 87 mit der einen Bürste 88 einer otierenden Kontaktanordnung verbunden, die winkelstarr mit den beiden Ölschiebern 65 und 68 verbunden ist, und ebenso wie diese durch den Synchronmotor 3 aus Fig. 2 angetrieben wird. 92 ist die Gegenbürste von 88.
Beide Bülsten 88 und 92 schleifen auf einem zylindrischen Körper 89, der aus dem Metallteil 91 und aus den Isolierstücken 90 besteht. An die Stelle dieser rotierenden Kontaktanordnung kann natürlich auch ein durch eine Nocke betätigter Kontakt treten, wobei die Nocke ihren Kontakt so lange schliesst, wie in Fig. 3 die Bürsten 88,92 auf dem Metallteil 91 schleifen.
Fig. 4 zeigt eine der möglichen Zusammenfügungen der drei rotierenden Teile 65,68 und 89. Die entsprechenden Teile sind mit den gleichen Zahlen'wie in Fig. 3 versehen. 65 und 68 bilden einen gemeinsamen Drehschieber, 66 ist der grössere Schlitz zwischen Kanal 63 und 70,69 der kleinere Schlitz zur zeitweisen Unterbrechung der Steuerleitung 62. Rechts ausserhalb des Metallkörpers 77 ist die rotierende Kontaktanordnung mit dem Drehkörper 89 und den beiden Bürsten 88 und 92 gezeichnet. 94 sind die gegebenenfalls notwendigen Lager, z.
B. besondere Kugel- oder Gleitlager, die notwendig werden, um, wie angedeutet, statt des massiven Drehschiebers 65, wie er in Fig. 3 gezeichnet ist, einen Rohr-
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schizber anzuwenden. 18 und 19 sind die in Fig. 2 bereits gezeichneten winkelstarrsn Kupplungen der vom Synchronmotor 3 angetriebenen Wellenanordnung.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende :
Zwecks Betätigung des aus Fig. 2 herausgenommenen Elements 14 im Sinne einer Einschaltung des Hauptstromes wird in Fig. 3 der Schalter 82 eingeschaltet. Dadurch wird der Stromkreis für den kleinen Elektromagneten 73 vom Pluspol über die Klemmen 78,79, die Leitungen 80 und 83 zum Minuspol geschlossen. Der Anker 74 wird nach links gegen die grössere Feder 75 gezogen, mit ihm der kleine Kolbenschieber 71 und die Isolierscheibe 86. Dadurch berührt das bewegliche Kontaktstück 84, das durch die kleine Feder 85 nach links gezogen wird, den Kontakt 81. Der Parallelkreis zum Schalter 82 schliesst sich über 81,84, 87, 88,89, 92 und 93, bleibt aber wirkungslos, solange der Schalter 82 geschlossen ist.
In diesem Falle ist Gleichstrombetätigung angenommen worden ; bei diesen kleinen Elektromagneten kann auch jederzeit Wechselstrom angewendet werden, wenn der verschiedene Einschaltmoment die nachfolgende Betätigung nicht stört. Bei 16 2/3 Perioden wird man aus diesem Grunde nur Gleichstrom nehmen.
Der Magnetanker 74 zieht den Kolbenschieber 71 nach links, wodurch in Fig. 3 die hydraulische Steuerleitung 61 mit der Druckleitung 76 in Verbindung kommt. Dadurch strömt z. B. Drucköl durch den Kanal 61 entgegen den in Fig. 3 eingezeichneten Pfeilen in den Zylinderraum zwischen Zylinderdeckel 58 und die linke Kolbenfläche des grösseren Kolbenschiebers 60.60 wird dadurch von links, wo er nach der letzten Abschaltung vor dem stiftförmigen Ansatz des Zylinderdeckels 58 liegen geblieben ist, nach ganz rechts bis an den stiftförmigen Ansatz des Zylinderdeckels 59 getrieben, wenn der Schlitz 69 des rechten Drehschiebers 68 gerade den Steuerkanal 62 als Abflusskanal freigibt.
Gibt der drehschieber 68 den Kanal 62 gerade nicht frei, dann wird die geschilderte Bewegung des Kolbenschiebers 60 nach rechts um einige Millisekunden verz3gert, was für denEinscbaltvorgang derHauptkontakte (28, 29, 30,31 in Fig. 2) keine Rolle spielt, da das Einschalten bei Wechselstrom bekanntlich zu jedem beliebigen Zeitpunkt erfolgen darf. An sich wäre es leicht, einen Umgehungskanal des Drehschiebers 68 durch eine zusätzliche Einrichtung am kleineren Steuerkolben 71 einzuschalten, die in der linken Stellung von 71 die hydraulische Leitung 62 direkt an den drucklosen Aussenraum anschliesst.
In der rechten Stellung des grösseren Kolbenschiebers 60 wird die Druckleitung 43 (s. auch Fig. 2) durch die mittlere Eindrehung von 60 mit dem Betätigungszylinder 56 in Fig. 3 in Verbindung gebracht und dadurch der Betätigungskolben 26 (s. auch Fig. 2) nach oben gedrückt, also entgegen dem in Fig. 3 gezeichneten Pfeil, bis die Hauptkontakte 30 und 35 in Fig. 2 sich schliessen. Damit ist der Einschaltvorgang für dieses Schaltelement beendet. Bemerkenswert ist, dass die zweimalige hydraulische oder pneumatische Verstärkung über den kleineren Steuerkolben 71 und den grösseren Steuerkolben 60 kleinste Betätigungsmagnete 73 mit kleinsten jetätigungsleistungen. z. B. l Watt, bei grössten Kontaktdrücken durch
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mit Verbilligung der elektrischen Bausteine führt.
Mit dieser ausserordentlichen Verkleinerung der elektrischen Hilfsmittel werden die durch die sogenannte Miniaturtecnnik der Nachrichtentechnik in neuester Zeit bereits geschaffenen Miniaturbausteine, wie Miniaturrelais in luftleerer oder gasgeftillter Ausführung von der Grösse eines Würfelzuckers, elektronische Kleinströhren, Transistoren, und nicht zuletzt die in
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gen anwendbar. Besonders die letzteren bringen für die Starkstrom-Geräte eine ausserordentliche Ersparnis bei der Herstellung, weil die kostspieligen Verdrahtungen komplizierter Starkstrom-Steuerungen auch bei geringer Stückzahl billig in gedruckter Schaltung hergestellt werden können.
Denn bei dieser ist nur ein Gummistempel als Werkzeug zu beschaffen, das sich nach dem Vorgang des bekannten Offsetdruckes auf photographischem und photochemischem Weg direkt aus dem vergrösserten und sorgfältig durchkonstruierten Schaltbild herstellen lässt. Der Druck erfolgt mit diesem Gummiwerkzeug auf die mit Kupfer bespritzten Hartpapierscheiben, die vorher passend geschnitten waren. Das nicht bedruckte Kupfer wird anschliessend weggeätzt. In die Ätzanlage können beliebige Platten eingehängt werden, so dass auch gedruckte Schaltungen kleiner Stückzahlen, etwa ab 100 Stück, last so billig wie sehr grosse Stückzahlen hergestellt werden können.
Denkt man vergleichsweise an die nur mit Nadelbrettern und ähnlichen Vorrichtungen herstellbaren sogenannten Kabelbäume mit ihrem umständlichen Ausprobieren der richtigen Leitungslängen und ihren Verschnürungen, dann ermisst man den ausserordentlichen Vorteil von gedruckten Schaltungen auch bei Starkstrom -Geräten. Die heute noch durchwegs verwendete Einzelverdrahtung bei grösseren Schaltwerken, wie z. B.
Fahrschaltwerke von elektrischen Triebfahrzeugen, machen einen beträchtlichen Teil der Herstellungskosten aus, una einfache Schützensteuerungen bei Kranen verbrauchen bis zu 30 % der Herstellungskosten für die Verdrahtung und Verkabelung,
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Zur Einleitung des Abschaltvorganges des Hauptstromes wird der Schalter 82 in Fig. 3 geöffnet und damit der Strom des Elektromagneten 73 unterbrochen, wenn der umlaufende Kontaktteil 89 in der in Fig. 3 gezeichneten Stellung steht. In dieser Stellung laufen die beiden Bürsten 88 und 92 gerade auf den beiden Isolierstücken 90.
Der kleine Anker 74 wird mit dem kleinen Steuerkolben 71 durch die Feder 75 so schnell als möglich nach rechts gezogen, damit der Kontakt 81 möglichst schnell geöffnet wird, solange die Bürsten auf den Isolierstücken schleifen. Da die vom Synchronmotor 3 angetriebene Welle, die in Fig. 3 mit der gestrichelten Linie 67 dargestellt wird, bei 50 Hz-Betrieb z. B. einmal in 20 ms umläuft, beträgt diese Zeit nur einige ms.
Steht der umlaufende Kontaktkörper 89 zufällig beim Öffnen des Schalters 82 so, dass die Bürsten 88 und 92 durch denMetallkörper 91 verbunden sind, so wird trotz geöffnetem Schalter 82 der Anker 74 noch in der linken Stellung über den Kontakt 81 gehalten, bis die Isolierteile 90 auch den Haltekreis unterbrechen. Nach Unterbrechung von 81 kann der umlaufende Kontakt 89 den Magneten 73 nicht mehr einschalten.
In der rechten, in Fig. 3 gezeichneten Stellung des kleinen Steuerschiebers 71 verbindet dieser die Druckleitung 76 mit dem rechten Steuerkanal 62, der in diesem Augenblick, wie gezeichnet, durch den rechten Drehschieber 68 noch gesperrt ist. Der Druck von 76 steht also an diesem an. Sobald nach einigen weiteren ms der Drehschieber 68 durch die Synchronwelle 67 in der gezeichneten Pfeilrichtung z. B. weitergedreht wird, öffnet sich die Steuerleitung 62 zum Zylinderraum 57 des grösseren Kolbenschiebers 60 und das Drucköl fliesst in der Richtung der in Fig. 3 eingezeichneten Pfeile. Dadurch wird dieser so schnell als möglich in die linke Endstellung gedrückt, wobei er das Öl in seinem linken Zylinderraum über die Steuerleitung 61 entsprechend den eingezeichneten Pfeilen ins Freie bzw. in den drucklosen Aussenraum drückt.
Trotzdem dauert auch dieser Vorgang einige ms. Die Steuerkolbenbewegung von ganz links nach ganz rechts ist aber bestimmt abgeschlossen, wenn der linke Drehschieber 65 seinen Durchlassschlitz 66 an die untere, etwas auf die Durchflussöffnung des Durchlassschiebers 66 verengte Seite des Abflusskanals 63 heranführt.
Gegenüber der in Fig. 3 gezeichneten Stellung der beiden Drehschieber 65 und 68 haben sich diese während der beschriebenen Vorgänge um 1800 weiterverdreht, so dass die Schlitze 66 und 69 fast wieder so stehen, wie in Fig. 3 gezeichnet. In dem Moment, wo die linke obere Kante des Schlitzes 66 die rechte untere Kante der Abflussöffnung 63 berührt, beginnt das Öl aus 63 auszuströmen und aus dem Zylinderraum 56 über die Eindrehung des Kolbenschiebers 60 in Richtung des eingezeichneten Pfeiles nachzuströmen. Da der Kolben 26 unter dem Druck der beiden starken Zugfedern 39'und 39"aus Fig. 2 steht, die er vorher beim Einschaltvorgang des Hauptkontaktes 30 gespannt hatte, setzt eine schlagartige Ölbewegung ein, die, wie oben gesagt, den Kolben 26 mit seinem Kontakt 30 aus Fig. 2 etwa nach der Kurve 1 der Fig. 1 ablaufen lässt.
Im ersten Teil der Kurve 1, etwa zwischen 0 und 1 ms, ist diese Kurve streng genommen keine Parabel, weil sich der Schlitz 66 erst einige Grade öffnen muss, ehe der volle Ölstiom fliesst. Aber diese kleine Zeitveränderung ist jedesmal dieselbe und kann leicht durch Justieren des Drehschiebers 65 auf seiner Achse 67 eliminiert werden.
Nimmt man entsprechend den eingangs angeführten Rechnungen für Kurve 1 einen Federdruck von 30 kp und ein bewegtes Gewicht von 100 p, dann gilt für diesen Schlussablauf des ganzen Abschaltvorganges die Kurve 1 in Fig. 1. Bringt man den in Fig. 2 gezeichneten festen Gegenkontakt 35 in Fig. 2 in üblicher Weise gegenfedernd so an, dass er noch 4 mm lang die Öffnungsbewegung des beweglichen Kontaktes 30 mitmacht, ehe er an seinen festen Anschlag kommt, dann setzt die Kontaktöffnung genau bei 4 mm in Fig. 1, d. h. nach 1, 64 ms ein. Bei einmaliger richtiger Justierung des Eintritts der Ölabströmung muss also die Öffnung des Hauptkontaktes bei etwa 10 % der Amplitude des Hauptstromes beginnen, u. zw. in der vor dem Nulldurchgang liegenden Zeit von etwa einer halben Millisekunde.
Auch wenn das Öffnen des Hauptkontaktes schon nach 3 mm Weg beginnen sollte, hat der Hauptstrom nur noch 20 % seiner Amplitude, die schnell auf Null absinkt.
Die vorhergegangenen zeitlichen Abläufe des kleinen Steuerkolbens 71 und des grösseren Steuerkolbens 60 einschliesslich der synchronen Betätigungen durch Kontaktscheibe 89 und rechten Drehschieber 68 beeinflussen die Hauptbewegung und, was das Wichtigste ist, deren zeitlichen Einsatz überhaupt nicht, da ihre Bewegungen in vorhergehenden Perioden des Hauptstromes liegen. Dieser Einsatz beginnt deshalb auch unabhängig vom Zeitpunkt des Ausschaltens des Schalters 82, mit dem die ganze Abschaltbewegung nur eingeleitet wird.
Sobald eines der in Fig. 2 gezeichneten Schaltelemente 12, 13, 14,15 eingeschaltet wird, schaltet gleichzeitig ein nicht gezeichnetes besonderes Schaltelement die Ständerwicklungen des Synchronmotors 3 vom Spannungsanschluss auf Stromanschluss um. Der Stromanschluss wird bei Drehstromantrieban
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dadurch herbeigeführt, dass in Fig. 2 die Klemmen 4', 4", 5', 5", 6', 6" in vorher kurzgeschlossenen Sekundärwicklungen dreier Phasenstromwandler eingeschaltet werden. Bei Einphasen-Wechselstrom kann an sich eine einzige Ständerwicklung des vorher an Spannung mit Hilfsphase gelegten Einphasen-Synchronmotors genommen werden, weil die Umschaltung von Spannung auf Strom durch das besondere Schaltelement so schnell erfolgt, dass der Synchromnotor 3 nicht merklich in seiner Drehzahl absinken kann.
Um aber auch bei Strombetrieb notwendigenfalls ein selbsttätiges Anlaufen des Synchronmotors zu erhalten, wird man zweckmässigerweise auch die Hilfsphase des Synchrttnmotors auf die Sekundärwick- lung des Einphasen-Stromwandlers schalten. Der Stromwandler muss für die notwendige, kleine Motorscheinleistung in seiner Bürde ausgelegt sein. Da Haupt- und Hi. 1fsphase an ein und derselben Stromwand- ler-Sekundärspannung liegen, drehen sich beide mit der Phasenlage des Hauptstromes. Entsprechend dreht sich die Welle 7 und alle angeschlossenen Wellen 10, 20, 21, 22,23 während ihres synchronenLaufes mit dem Phasenverschiebungswinkel des Hauptstromes je nach desser. Phasenlage vor und zurück.
Bei kleineren Antrieben kann auf Stromwandler verzichter werden, weil der Motorstrom direkt über die Ständerwicklung des kleinen Synchronmotors geleitet werden kann. In letzterem Falle muss über einen kleinenTransformator die Anschaltung des Synchronmotors an das Netz möglich sein, damit dieser auch während der Strompausen synchron weiterlaufen kann.
Sind die Drehschieber 65 und 68 an einem vierpoligen Synchronmotor angeschlossen, macht dieser also 1500 U/min synchrone Drehzahl, dann erfolgt die Kontakttrennung nur einmal während einer Periode. Bei einem zweipoligen Synchronmotor, also bei 300G U/min, kann die Abschahung bei jedem Stromnulldurchgang vorgenommen werden.
Während bei Einphasenstrom, z. B. je Transformatoranzapfung nur ein Kontakt zu öffnen ist, sind bei Drehstromschaltungen, z. B. Ständerumpolungen und stufenweisen Eine und Ausschalten des Läufer-
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eines AsynchronmotorsKontakte ist unabhängig vo'i der jeweiligen Hauptphasenlage untereinander bei symmetrischem Betrieb 900, weil nach Abschalten einer Phase bei Drehstrom nur noch ein einphasiger Kreis an der verketteten Spannung eingeschaltet ist. Die Phasenlage der Phasenspannung, deren Strom zuerst abgeschaltet wird, beträgt nämlich 900 gegenüber der noch verbleibenden verketteten Spannung an den noch nicht abgeschalteten beiden Phasen. Diesen 900 entspreche bei 50 Hz 5 m/s Zeit, die immer konstant ist.
Entweder verstellt man also bei der zweiten Phase den Drehschieber 68 um 900 bei 3000 U/min oder 450 bei 1500 U/min des Synehronmotors, oder man versett z. B. die Kontaktbrücke der zweiten Phase im Hub, so dass die Trennung der Kontakte der Phase l erfolgt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung, zum Ein-und Ausschalten von Wechselstrom-hzw. Drehstmmverbrauchern mit Ausschalten in der Nahe des Stromnulldurchganges, insbescndere für mittels elektrohydraulische Schützenkontakte mit hoher Schalthäufigkeit ein-und ausgeschaltete, dabei oft ihre Drehrichtung ändernde Motoren, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Phasenlage des Verbraucherstromes bzw. der Verbraucher ströme gesteuerter synchroner Antrieb Drehschieber einer Drucköl-bzw. Druckluftsteuerung antreibt, die nach vorheriger Freigabe einer elektrohydraulischen bzw. elektropneumatischen Vorsteuerung den Druckmittelauslass für die Betätigungskolben der Schaltkontakte so rechtzeitig öffnen, dass die Abschaltung in der Nähe des Nulldurchganges des Veibraucherstromes bzw. der Verbiaucherstrume erfolgt.