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Elektromagnetisches Schütz mit Einfachunterbrechung
Der Anker und dieschwenkbarenKontaktarmeelektromagnetischerSchützesind oft auf einer gemeinsamen Welle befestigt und haben also stets die gleiche Bewegungsrichtung. Diese Bauweise hat den Nach- teil, dass neben den reinen Kontaktprellungen, die wegen ihrer zeitlichen Kürze von nur einigen Millisekunden praktisch die Lebensdauer der Kontakte wenig beeinflussen, der nach 10 - 15 Millisekunden erfolgende Schlag des Ankers auf den Magnetkern den Kontaktdruck zeitweilig bis auf Null verringert. Im ungünstigsten Falle heben sich die Starkstromkontakte sogar voneinander ab. Weil zu diesem Zeitpunkt der eingeschaltete Strom, z.
B. der Anlaufstrom eines Kurzschlussläufer-Motors, bereits in voller Höhe fliesst, wird durch dieses sogenannte"Ankerprellen der Kontakte" die Lebensdauer derselben ungefähr um die Hälfte vermindert. Besonders bei grossen wechselstromerregten Schützen, mittels derer bei grosser Schalthäufigkeit grosse Ströme geschaltet werden und die der erforderlichen grossen Kontaktdrücke wegen einen grossen und schweren Anker haben, wirkt sich dieser Anker-Prellschlag sehr nachteilig aus.
Eine Verstärkung des Ankerprellens ergibt sich auch aus der Erhöhung der Amperewindungszahl der Magnetspule, die vorgenommen wird, um auch bei Spannungsschwankungen ein sicheres Schalten des Schützes zu gewährleisten. Der hohe Einschaltstromstoss infolge des grossen Luftspaltes bei geöffnetem Anker von mehr als dem Zehnfachen des Dauerstromes hat ebenfalls einestärkere Beschleunigung des Ankers und damit eine Verstärkung des Ankerschlages zur Folge.
Während dieKontakte leicht ausgewechselt werden können, da sie bequem zugänglich sind, ergeben sich bei den Anker- und Magnetteilen Schwierigkeiten.
Diese Nachteile führten dazu, dass man früher grössere Schütze stets mit einer Gleichstromerregung ausrüstete, weil wegen der hohen Selbstinduktivität der Magnetspule der Anstieg des Gleichstromes verzögert und damit auch die Ankerbeschleunigung stark vermindert sowie das"Ankerprellen"ganz vermieden werden.
Für viele moderne Schützensteuerungen sind die mit gleichstromerregten Schützen erreichbaren Einschaltzeiten von mehr als 100 Millisekunden zu lang, so dass man trotz der eingangs erwähnten Nachteile neuerdings wieder dazu übergeht, grosse Schütze mit einer Wechselstromerregung auszurüsten.
Bekannte Anordnungen zeigen zwar Einzelmerkmale des im folgenden beschriebenen Gegenstandes der Erfindung, ohne jedoch hiemit auf den besonderen Zweck Bezug zu nehmen, oder aber das beschriebene Einzelmerkmal dient einem ganz anderen Zweck.
Gegenstand der Erfindung ist ein elektromagnetisches Schütz für Einfachunterbrechung mit feststehendem E-förmigen Magnetkern und einem beweglichen, um eine feststehende besondere Ankerwelle drehbaren Klappanker, der seine Schwenkbewegung über ein Hebelgetriebeauf die Welle der schwenkbaren Kontaktarme überträgt, das durch die Kombination folgender Merkmale gekennzeichnet ist :
a) Die Bewegungsrichtung des Ankers im Augenblick des Auftreffens auf den Magnetkern steht in an sich bekannter Weise senkrecht auf der Bewegungsrichtung der Kontaktarme. b) Die maximal öffnende Anschlagfläche des aus Magnetkern und Anker bestehenden magnetischen Kreises liegt entgegengesetzt zur Lage der Ankerwelle in möglichst geringem Abstand r zur Grundplatte. c) Die Entfernung der Kontakte von der Grundplatte ist wesentlich grösser als die Entfernung der maximal öffnenden Anschlagfläche des Ankers von der Grundplatte. d) Die beiden bewegten Massen, Anker und bewegliches Kontaktsystem, sind derart angeordnet, dass
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die durch beide beim Einschalten desSchützes erzeugten Drehimpulse sich voneinander subtrahieren.
Die entscheidenden Vorteile dieser erfindungsgemässen Kombination bestehen darin, dass die Anker- schläge nicht mehr auf die Kontakte übertragen werden und dass es durch die Hebelübersetzung möglich ist, die erforderliche Kraft zur Betätigung der Kontakte und den Kontaktdruck selbst mit einer wesentlich geringeren Magnetkraft aufzubringen. Man gelangt dabei also zu einem kleineren Magneten mit ent- sprechend grösserem Ankerhub. Diese Vergrösserung des Ankerhubes ist jedoch nicht als nachteilig anzu- sehen. Dagegen fällt die Einsparung an Ankergewicht und die gegenüber vergleichbaren Schützen be- kannter Bauart beträchtlich verringerte Leistung der Magnetspule erheblich ins Gewicht.
Darüber hinaus ermöglicht das Hebelgetriebe eine besonders günstige Beeinflussung der Weg-Kraft-Kennlinie der Kontakte durch zweckmässige Anordnung der Drehpunkte und gÜ11StigeAufteilung der Hebelarme. Durch diese Mass- nahmen kann erreicht werden, dass der Anker auch noch bei Spannungen, die 150/0 unter der Nennspannung liegen, die lose aufeinanderliegenden Kontakte fest andrückt.
Dadurch, dass dieAnschlagfläche des Ankers in möglichst grosser Nähe der den Anker tragenden Grund- platte bzw. der Tragleiste liegt, wird das beim Anschlag übertragene Torsionsmoment sehr niedrig ge- halten und kann von der Konstruktion gut aufgenommen werden, ohne dass schädliche Schwingungen ent- stehen. Der Angriffspunkt der Kraft des bewegten Magnetankers liegt in einem möglichst kleinen Abstand (r in Fig. l) von der Grundplatte, wobei die Kraft, in der Fig. l betrachtet, nach oben wirkt. Senkrecht hiezubewegensichdieKontakte, so dass der Schlag des Magneten nicht einöffnen der Kontakte begünstigt, sondern im schlechtesten Falle nur ein tangentiales Verschieben der Kontakte gegeneinander bewirken kann.
Betrachtet man den Drehimpuls des ganzen Systems, so wirken einmal der bewegliche Anker nach
Fig.1 rechtsdrehend und die Masse der beweglichen Kontakte mit den Hebeln linksdrehend, so dass beide Drehimpulse in ihrer Wirkung auf das gesamte System sich subtrahieren. So werden die Erschütterungen auf die Befestigungsgerüste erheblich verringert.
Betrachtet man die Schläge des Ankers und der Kontakte jeweils als Kraftmomente, so muss man die Kräfte als gegeben ansehen. Gemäss der Erfindung wird nun die grössere Kraft des Ankerschlages an einem möglichst kurzen Hebelarm r angesetzt, und die kleinereKraft des Schlages der Kontakte wirkt an einem erheblich längeren Hebelarm zur Grundplatte, wobei die Richtung entgegengesetzt ist.
Die Masse des Ankers wird klein gehalten, wobei zweckmässig ein T-förmiger Anker den E-förmigen Magnetkern schliesst. Es ist ferner vorteilhaft, die festen Kontakte (Haupt- und Hilfskontakte) auf einer besonderen Tragleiste zu befestigen und diese direkt mit der Grundplatte zu verbinden.
Schliesslich erlaubt die getrennte Anordnung der Welle des Ankers von der Welle für die beweglichen Kontaktarme, den Aufbau des gesamten Schützes in einfacher Weise den jeweiligen Raumverhältnissen anzupassen. So ist es ohne weiteres möglich, den gesamten Magneten entweder neben bzw. zwischen den Starkstromkontakten anzuordnen, wodurch das Schütz eine geringe Tiefe, jedoch dafür eine etwas grössere Breite erhält, oder aber den Magneten vor bzw. hinter den Starkstromkontakten zu befestigen, wodurch man ein Schütz geringer Breite und dafür etwas grösserer Tiefe erhält.
Weitere erfindungsgemässe Vereinfachungen des Aufbaues eines solchen Schützes werden dadurch erzielt, dass der Magnetträger nach dem Lösen der einzigen Schraubenmutter durch den Gewindebolzen und die entsprechenden Anlageflächen zunächst noch formschlüssig in seiner Lage gehalten wird. Dieser Formschluss ist durch einfaches Abheben des Magnetträgers zu lösen, und danach sind sämtliche Elemente des Schützes leicht zugänglich und können bedarfsweise bequem ausgewechselt werden. Die Welle der Kontaktarme ist dabei vorzugsweise als schneidengelagerte Vierkantwelle ausgebildet, während die übrigen Lager Zapfenlager sein können.
An Hand der Zeichnung werden einige Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäss aufgebauten Schüt- zes erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemässen Schützes mit neben bzw. zwischen den Starkstromkontakten liegenden Magneten, Fig. 2 den schematischenAufbau eines erfindunggemässen Schützes mit hinter den Starkstromkontakten angeordneten Magneten und Fig. 3 die praktische Ausführung eines Schützes nach Fig. 1.
Nach Fig. l ist an der Grundplatte 1 der Magnetträger 2 befestigt, der den feststehenden Magnetkern 3 trägt, dessen beide Aussenschenkel 4 und 5 länger sind als der Mittelschenkel 6, so dass der feststehende Magnetkern einen E-förmigen Querschnitt hat. Der Anker 7 ist auf der Welle 8 befestigt und steht ferner über das Getriebeglied 9- mit dem Kupplungsglied 10 in Verbindung, das seinerseits auf der Vierkantwelle
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Wird der Anker 7 nach Erregung des feststehenden Magneten 3 angezogen, so überträgt das Getriebe- glied 9 die Drehung des Ankers 7 auf das Kupplungsglied 10 und damit die Vierkantwelle 11, so dass die beweglichen Kontakte 13 gegen die feststehenden Kontakte 14 gepresst werden. Man erkennt aus der Fig. l, dass für die Biegebelastung der Magnetbefestigung im wesentlichen der Abstand r zwischen Grundplatte 1 und Achse des Schenkels 4 des erfindungsgemässen Schützes wirksam ist. Dieser Abstand kann ohne wei- teres sehr klein gehalten werden.
In Fig. 2 wurde ein grundsätzlich nach dem gleichen Prinzip der Kraftübertragung aufgebautes elektro- magnetisches Schütz dargestellt, das von demjenigen nach Fig, 1 lediglich in der Lage des Magneten zu den Starkstromkontakten 13 und 14 abweicht. War nach Fig. 1 der feststehende Magnetkern 3 neben den
Starkstromkontakten 13 und 14 angeordnet, so ist er nach Fig. 2 hinter denselben angeordnet, woraus sich zwar eine etwas grössere Bautiefe des Schützes, aber dafür auch eine auf die Magnetbreite verringerte Breite des Schützes ergibt. Speziell diese Anordnung erlaubt die Wahl eines besonders kleinen Abstandes r zwischen dem Schwerpunkt der Auftrefffläche des angezogenen Ankers und der Befestigungswand des Magnetträgers 2 an der Grundplatte 1.
Indem praktischenAusführungsbeispielnachFig. 3ist an dem Ansatz 16 der Grundplatte 1 der Magnetträger 2 mittels des Gewindebolzens 17 und der Mutter 18 befestigt. Der feststehende Magnetkern 3, der am Magnetträger 2 befestigt ist, besitzt auch nach diesem Ausführungsbeispiel zwei längere Aussenschenkel 4 und 5 und einen verkürzten Mittelschenkel 6, der von der Magnetspule 25 umschlossen wird. Der Spulenträger 19 schliesslich ist mittels des Spulenhalters 20 an dem Magnetträger 2 befestigt. In einer gabelförmigenAusnehmung des feststehendenMagnetträgers 2, der über Gewindebolzen und Mutter 17, 18 mit der Grundplatte 1 fest verschraubt ist, ist weiterhin die Welle 21 gelagert. Die Länge dieser Welle 21 entspricht nur der Breite des Magnetträgers 2.
An der Welle 21 ist innerhalb der gabelförmigen Ausnehmung der klappbare Ankerhalter 22 mit dem Anker 23 befestigt. Dieser Anker 23 hat nur einen Mittelschenkel 24, der bei angezogenem Anker 23 (dargestellte Lage) in die Magnetspule 25 ragt. Über das Getriebeglied 9, das einerseits um das Gelenk 26, anderseits um das Gelenk 27 drehbar ist, sowie über das auf der Vierkantwelle 18 befestigteKupplungsglied 10 wird die Bewegung des Ankers 23 auf die Vierkantwelle 11 und damit auf die schwenkbarenKontaktarme 12 (s. Fig. 1 und 2) übertragen. DieschneidengelagerteVierkant- welle 11 ist dabei in festen Lagern gelagert, welche über einen Ansatz mit der Tragleiste 15 und damit auch mit der Grundplatte 1 verbunden sind. Diese Lagerung ist der besseren Übersicht halber hier nicht gezeichnet.
Die andere Endlage des Ankers 23 ist gestrichelt gezeichnet. In dieser Lage liegt der Ankerhalter 22 auf einem Anschlag 28 der Grundplatte 1. Dem Hub des Ankers 23, der einer Drehung um die Achse der Welle 21 um den Winkel ss entspricht, entspricht bei den gewählten Hebelübersetzungsverhältnissen eine Drehung der Vierkantwelle 11 um den kleineren Winkel CI.. Wie aus der Fig. 3 weiterhin ersichtlich, liegen der Mittelschenkel 6 des Magnetkernes 3 und (bei angezogenem Anker 23) auch der Mittelschenkel 24 des Ankers 23 nicht zentrisch zur Magnetspule 25. Diese Anordnung erfolgt, um genügend Platz für die sich beim Ankerhub auf einer Kreisbahn bewegende linke Seitenfläche des Mittelschenkels 24 zu schaffen.
Die Abmessungen wurden im übrigen so gewählt, dass der Anker 23 in grosser Nähe der Grundplatte 1 auf den Aussenschenkel 4 des Magnetkernes 3 auftrifft, wodurch das auf den Magnetträger 2 bzw. den Ansatz 16 der Grundplatte 1 wirkende Biegemoment ebenfalls sehr klein und das gesamte Schütz weitgehend schwingungsfrei wird.
Auf der Vierkantwelle 11 sind in an sich bekannter Weise die in die Fig. 3 nicht eingezeichneten schwenkbaren Kontaktarme 12 (s. Fig. 1 und 2) angeordnet. Die Anordnung der Kontaktarme 12 erfolgt nach einem weiteren Erfind ungsgedanken in Abhängigkeit von der Anzahl derselben so, dass diese bei Verwendung nur eines Magneten zu gleichen Teilen beiderseits desselben angeordnet sind. Sind also zwei Kontaktarme 12 vorhanden, so wird auf jeder Seite des Magneten ein Kontaktarm 12 angeordnet, sind drei Kontaktarme 12 vorhanden, so befinden sich zwei auf der einen und der dritte auf der andern Seite des Magneten, und entsprechend werden bei vier Kontaktarmen 12 auf jeder Seite des Magneten zwei dieser Kontaktarme 12 angeordnet.
Schütze mit mehr als vier Polen werden zweckmässigerweise mit zwei Magneten ausgerüstet, zwischen denen dann sämtliche Kontaktarme 12 auf der Vierkantwelle 11 anzuordnen sind.
Soll die Magnetspule 25 oder irgendein Element des Magneten ausgewechselt werden, so ist es lediglich erforderlich, die Muttern 18 zu lösen und den Gewindebolzen 17 zu entfernen. Danach lässt sich der Magnetträger 2 mitsamt dem Magnetkern 3 und der Magnetspule 25 (in der Fig. 3) nach rechts schwenken und so aufklappen, dass sämtliche Magnetteile bequem zugänglich sind und bedarfsweise ausgewechselt werden können. Die Teile 2, 3, die Spule sowie die Glieder 9, 21, 26, 27 und 10 hängen dann nur an der
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Schaltwelle 11.
Die erfindungsgemässe Befestigungsart besitzt ausserdem den Vorzug, dass nach dem Lösen der Mutter 18 der Magnetträger 2 mitsamt den mit ihm verbundenen Teilen zunächst noch formschlüssig in seiner bisherigen Lage verbleibt und ein versehentliches Herunterklappen desselben nicht möglich ist. Die Führung des Magnetträgers 2 ist dabei so genau, dass dieser nach Beendigung evtl. Reparaturarbeiten ohne zusätzlicheJustierungsmassnahmen wieder in die richtige Betriebslage zurückgeklappt und durch Anziehen der Mutter 18 in seiner Lage gesichert werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektromagnetisches Schütz für Einfachunterbrechung mit feststehendem E-förmigem Magnetkern und einem beweglichen, um eine feststehende besondere Ankerwelle drehbaren Klappanker, der seine Schwenkbewegung über ein Hebelgetriebe auf die Welle der schwenkbaren Kontaktarme überträgt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale :
a) Die Bewegungsrichtung des Ankers (7) im Augenblick des Auftreffens auf den Magnetkern (3) steht in an sich bekannter Weise senkrecht auf der Bewegungsrichtung der Kontaktarme (12). b) Die maximal öffnende Anschlagfläche des aus Magnetkern (3) und Anker (7) bestehenden magnetischen Kreises liegt entgegengesetzt zur Lage der Ankerwelle (8) in möglichst geringem Abstand (r) zur Grundplatte (1). c) Die Entfernung der Kontakte (13, 14) von der Grundplatte (1) ist wesentlich grösser als die Entfernung
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angeordnet, dass die durch beide beim Einschalten des Schützes erzeugten Drehimpulse sich voneinander subtrahieren.