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Die Erfindung betrifft Starkstrom-Tauchkernspulen, insbesondere für Erdschlusslöschung, deren magnetische Kreise aus Kernteilen, von denen mindestens einer verstellbar ist, aus oberen und unteren Jochen, aus diese miteinander verbindenden Rückschlussschenkeln, aus einem oder mehreren durch Verstellen von Kernteilen veränderbaren Hauptluftspalt (en) und aus den zwischen den Jochen und den verstellbaren Kernteilen befindlichen Jochluftspalten bestehen. Solche Tauchkernspulen bekannter Bauart haben den Nachteil, dass verschiebbare Kernteile und bzw. oder mit diesen starr verbundene Konstruktionsteile infolge der hohen auftretenden pulsierenden magnetischen Kräfte Vibrationen, d. s. kleinste oszillierende Bewegungen, erfahren, die sehr starke störende Geräusche der stromdurchflossenen Tauchkernspulen hervorrufen.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diese Vibrationen und die damit verbundenen Geräusche weitgehend zu beseitigen, und sie erreicht dies dadurch, dass ein oder mehrere Gegenstücke mit Auflageflächen vorgesehen sind, längs welcher die verstellbaren Kernteile, oder mit diesen starr verbundenen Konstruktionsteile, gleitend verschiebbar sind und dass zwei oder mehrere magnetische Kreise, vorzugsweise an je zwei einander gegenüberliegenden Stellen, für jede Lage der verstellbaren Kernteile voneinander verschieden ausgebildet sind, so dass die Resultierende der auf die verstellbaren Kernteile wirkenden magnetischen Kräfte eine Komponente enthält, die auf die Auflageflächen hin senkrecht gerichtet ist.
Bei dieser Ausbildung einer Tauchkernspule wird ein Abheben der verstellbaren Kernteile und der mit diesen starr verbundenen Konstruktionsteile von den Auflageflächen verhindert und die entstehenden Reibungskräfte wirken jedweden Bewegungen längs der Auflageflächen entgegen.
Nach einer besonders zweckmässigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die magnetischen Widerstände der Jochluftspalte ungleich ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform wird die erfindungsgemässe Wirkungsweise ohne jeden zusätzlichen konstruktiven Aufwand erzielt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen angeführt, die verschiedene Ausführungsbeispiele schematisch darstellen. Es zeigen : Fig. la die Draufsicht auf eine Tauchkernspule (ohne Wicklung) und Fig. lb den Schnitt nach der Linie AA in der Fig. la. Fig. 2 die Seitenansicht eines Teiles des verstellbaren Kernteiles, der oberen Joche, eines Gegenstückes mit Auflageflächen sowie die Wicklung um ein Joch und den zugehörigen Stromkreis. Fig. 3 die Seitenansicht eines Teiles des verstellbaren Kernteiles und der oberen Joche. Fig. 4 die Seitenansicht eines Teiles des verstellbaren Kernteiles und der oberen Joche, eines Gegenstückes mit Auflageflächen und einer Feder. Fig. 5 die Seitenansicht eines Teiles des verstellbaren Kernteiles, eines Gegenstückes mit Auflageflächen und der oberen Joche und des Metallringes an einem der letzteren.
Fig. 6 die Seitenansicht des verstellbaren und des festen Kernteiles und eines Teiles der oberen und unteren Joche und zweier Gegenstücke mit Auflageflächen. Fig. 7 die Seitenansicht eines Teiles des verstellbaren und des festen Kernteiles. Fig. 8 die Seitenansicht der beiden verstellbaren Kernteile, zweier Gegenstücke mit Auflageflächen sowie eines Teiles der oberen und unteren Joche.
Fig. la und lb stellen eine parallelgeblechte erfindungsgemässe Tauchkernspule schematisch dar. Es zeigt
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denJoch--11--grösser ist als der im Joch--12--. Somit sind bei der dargestellten, abgesehen von den Luftspalten--13 und 14--, symmetrischen Ausbildung der Tauchkernspule die in den Luftspalten--13 und
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Konstruktionsteile auf die Auflagefläche in dieser Reibungskräfte hervorgerufen, die jedweder Bewegungen längs der Auflagefläche entgegenwirken und somit diese verhindern oder zumindest wesentlich dämpfen.
Der verstellbare Kernteil--10--und bzw. oder mit diesem starr verbundene Konstruktionsteile werden zweckmässig nicht nur auf eine Auflagefläche, wie die des Gegenstückes--19--, sondern auf zwei oder mehrere Auflageflächen gedrückt, als solche eignen sich beispielsweise auch die Stirnfläche des Joches--11-- (im Luftspalt--13--), besonders wenn sie mit einer isolierenden ebenen Schicht, z. B. aus Epoxydharz, oder mit einer Folie überzogen ist.
Wenn die Tauchkernspule stromlos ist, besteht natürlich keine magnetische Kraft, die verstellbare Teile gegen Auflageflächen drückt, so dass eine zur Einstellung der Induktivitätsgrösse dienende Verstellung des
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Tauchkernes nicht durch die grösseren Reibungskräfte in den Auflageflächen behindert wird. Um auch während des Stromdurchganges durch die Drosselspule deren Induktivitätsgrösse leicht verändern zu können, was in häufigen Fällen erwünscht ist, kann gemäss einem weiteren Erfindungsgedanken eine über Schalter schliessbare Wicklung vorgesehen sein, die jenen magnetischen Kreis umgibt, der die grössere der auf einen verstellbaren Kernteil in den Jochluftspalten wirkenden Kräfte hervorruft.
Der Fluss in diesem magnetischen Kreis wird durch den durch eine Impedanz begrenzten Strom in der Wicklung so geschwächt, dass die beiden in den Joch-Luftspalten wirkenden Kräfte annähernd gleich gross sind und somit ihre Resultierende und die Reibungskräfte in den Auflageflächen nahezu verschwinden.
Fig. 2 zeigt schematisch die für die Kennzeichnung eines solchen Ausführungsbeispieles wesentlichen Teile, u. zw. stellt-20-den verstellbaren Kernteil, --21-- das linke, --22-- das rechte obere Joch,-23 und
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die Kraft in ersterem überwiegt bei geöffnetem Schalter --28-- die Kraft im letzteren. Die Wicklung-26und die Impedanz--27--, vorzugsweise eine Drosselspule, deren Wirkung gegebenenfalls durch die Streuung der Wicklung --26-- ersetzt sein kann, ist so abgestimmt, dass die Kraft im Luftspalt --23-- bei geschlossenem Schalter ungefähr auf die Grösse der Kraft im Luftspalt --24-- geschwächt wird.
Bei geschlossenem Schalter--28--kann also die Induktivitätsgrösse der stromdurchflossenen Tauchkernspule unbehindert durch Reibungskräfte geändert werden. Selbstverständlich entfällt in der betreffenden Zeitspanne auch die durch Reibungskräfte ansonsten erzielte Geräuschdämpfung.
Um sowohl die praktischen Vorteile symmetrischer Ausführungen von Tauchkernspulen als auch die günstige Ausnutzung des aktiven Eisenmaterials durch gleich hohe Induktion im linken und im rechten magnetischen Kreis zu erreichen, werden gemäss einem weiteren Erfindungsgedanken die massgebenden Grössen der beiden Joch-Luftspalte so bemessen, dass einerseits die Verhältniswerte von Querschnitt zu Länge der beiden Jochluftspalte einander gleich, anderseits die Querschnitte einander ungleich sind. Konstante Länge eines jeden Joch-Luftspaltes über seinen gesamten Querschnitt vorausgesetzt, wird auf diese Weise einerseits Gleichheit der magnetischen Widerstände und anderseits Ungleichheit der Kräfte erreicht. Dabei entspricht der Quotient aus den beiden Kräften annähernd dem Quotienten aus den beiden Querschnitten.
Fig. 3 zeigt schematisch die für die Kennzeichnung massgebenden Teile eines solchen Ausführungsbeispieles, u. zw. stellt--30--den verstellbaren Kernteil,-31-das linke,-32-das rechte obere Joch,-33 und 34-die Luftspalte zwischen dem Kernteil --30-- und den beiden oberen Jochen und--35--die beispielsweise als Auflagefläche dienende Stirnseite des Joches --31-- dar. Der magnetisch wirkende Querschnitt des Luftspaltes-33-beträgt beispielsweise etwa das 0, 75fache des wirksamen Querschnittes des Luftspaltes--34--und die Länge des erstgenannten Luftspaltes ist etwa dem 0, 75fachen der Länge des letztgenannten Luftspaltes gleich.
Es ergeben sich dadurch gleiche magnetische Widerstände in den beiden Luftspalten und gleiche magnetische Flüsse, jedoch, wie erforderlich, ungleiche magnetische Kräfte, u. zw. beträgt deren Verhältnis im dargestellten Fall ungefähr 1 : 0, 75.
Da bei den bisher angeführten Ausführungsbeispielen der Erfindung die die verstellbaren Teile gegen Auflageflächen drückenden Kräfte durch den Tauchkernstrom hervorgerufen werden, pulsieren sie zwischen Null und ihrem Scheitelwert mit der doppelten Frequenz dieses Stromes und sind mit den die zu unterdrückenden Vibrationen verursachenden Kräften, die ebenfalls vom Tauchkernstrom hervorgerufen werden, annähernd phasengleich. Es bleibt deshalb zwar das erforderliche Verhältnis zwischen den die Vibrationen erregenden und den diese unterdrückenden Kräfte während der ganzen Periodendauer erhalten, zum Zeitpunkt des Stromnulldurchganges und in dessen Nähe genügt aber die dadurch erreichte Geräuschdämpfung wegen der Auswirkungen von Resonanzen und anderem nicht immer.
Um eine die Vibrationen unterdrückende Wirkung auch während dieses kleinen Teiles der Periodendauer zu sichern, wird gemäss einem weiteren Erfindungsgedanken ausser der mit dem Tauchkernspulenstrom pulsierenden magnetischen Kraft eine wesentlich geringere auf die verstellbaren Kerne auch während des Nulldurchganges des Spulenstromes gegen die Auflageflächen drückende Zusatzkraft vorgesehen.
Die nicht pulsierende Komponente kann z. B. durch eine Feder erzeugt werden, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4. In dieser Zeichnung stellt--40--den verstellbaren Kernteil,--41--das linke, --42-- das rechte obere Joch,--43--ein mit nicht verstellbaren Teilen der Tauchkernspule starr verbundenes Gegenstück mit Auflagefläche, längs welcher der Kernteil --40-- gleitend verschiebbar ist, und --44-- eine Feder, beispielsweise Tellerfeder, dar, welche verstellbare Teile gegen die Auflagefläche des Gegenstückes-43-drückt. Querschnitt und Länge der beiden Joch-Luftspalte sind in schon dargelegter Weise so gewählt, dass die Resultierende aus den in den beiden Luftspalten wirkenden magnetischen Kräften im gleichen Sinne wie die Feder wirkt.
Eine die Vibrationen dämpfende Wirkung bleibt auch im Grenzfall, in welchem die beiden magnetischen Kräfte einander gleich sind und demgemäss ihre Resultierende verschwindet, bestehen. Die diese Wirkungsweise ermöglichende, nicht pulsierende Kraftkomponente kann erfindungsgemäss auch durch den Drosselstrom selbst erzeugt werden, u. zw. dadurch, dass, in Analogie zu bekannten Ausführungen
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und auf denen der Kernteil --80-- bzw. der Kernteil --81-- gleitend verschiebbar ist.
Die Resultierende der in den oberen Joch-Luftspalten auf den verstellbaren Kern --80-- wirkenden Kräfte enthält eine nicht pulsierende Komponente und ist gegen das Joch --83-- gerichtet, die Resultierende der in den unteren Joch-Luftspalten auf den verstellbaren Kern --81-- wirkenden Kräfte enthält ebenfalls eine nicht pulsierende Komponente und ist gegen das Joch --86-- gerichtet. In parallelen Richtungen zu diesen Resultierenden, also in einem sie unterstützenden Sinn, drückt die seitliche Komponente der im Luftspalt--82--wirkenden Kraft sowohl den Kern --80-- gegen die Auflagefläche des Gegenstückes-89--, als auch den Kern-81- gegen die Auflagefläche des Gegenstückes --90--.
Kerne, Joche und Rückschlussschenkel der angeführten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen geräuscharmen Tauchkernspule sind durchwegs parallelgeblecht, da die Teile solcher Drosselspulen besonders einfach dargestellt und erörtert werden können. Natürlich können auch radialgeblechte Tauchkernspulen, die hinsichtlich der magnetischen Streufelder und der durch diese erzeugten Wirbelstromverluste günstigere Verhältnisse aufweisen, sehr vorteilhaft mit den Merkmalen der Erfindung ausgebildet werden.
Bei den erfindungsgemässen Darstellungen einer Tauchkernspule ist es zweckmässig, durch geeignete Oberflächenbehandlung und entsprechende Wahl der Materialien dafür zu sorgen, dass die Auflageflächen der Gegenstücke einen im Verhältnis zu den Führungsflächen erhöhten Reibungskoeffizienten aufweisen.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Geräuscharme Starkstrom-Tauchkernspule, insbesondere für Erdschlusslöschung, deren magnetische Kreise aus Kernteilen, von denen mindestens einer verstellbar ist, aus oberen und unteren Jochen, aus diese miteinander verbindenden Rückschlussschenkeln, aus einem oder mehreren durch Verstellen von Kernteilen veränderbaren Hauptluftspalt (en) und aus den zwischen den Jochen und den verstellbaren Kernteilen
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Gegenstücke (19) mit Auflageflächen versehen sind, längs welcher die verstellbaren Kernteile (10), oder mit diesen starr verbundene Konstruktionsteile, gleitend verschiebbar sind und dass zwei oder mehrere magnetische Kreise, vorzugsweise an je zwei einander gegenüberliegende Stellen, für jede Lage der verstellbaren Kernteile (10) voneinander verschieden ausgebildet sind,
so dass die Resultierende der auf die verstellbaren Kernteile (10) wirkenden magnetischen Kräfte eine Komponente enthält, die auf die Auflageflächen hin senkrecht gerichtet ist.
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