Installations-Selbstschalter. Bei Installations-Selbstsehaltern wird eine im Verhältnis zu ihrer Nominalleistung sehr grosse Schaltleistung gefordert. Diese kann gesteigert werden durch grosse Schaltge schwindigkeit, wirksame magnetische Bla- sung des @Aussehaltlichtbogens oder möglichst kleine Eigenzeit des Sehalters.
Im allge meinen Schalterbau sind sogena.nnte Schnell schalter bekannt, .die eine ganz besonders kleine Eigenzeit besitzen, indem ihrer auto matischen Ausschaltung keine mechanischen Widerstände entgegenstehen und diese ledig lieh durch die Geschwindigkeit der Verän derung magnetischer Felder bedingt ist. Da durch kann erreicht werden, dass der Strom unterbruch erfolgt, bevor der Strom bis zu seinem Maximalwerte ansteigen kann. Be kanntlich erfordern diese Schalter jedoch einen an eine konstante Spannungsquelle ge legten Haltemagneten, der das Schaltelement in der Einschaltung festhält.
Dieser - Um stand verunmöglicht aber die Anwendung der für Sehnellschalter bekannten Schaltprin zipien auf Installatio.ns-Selbstschalter, da bei letzteren der Einbau einer .Spannungs spule aus praktischen Gründen nicht annehm bar ist.
Um einen Installations-Selbstschalter als sogenannten Schnellschalter zu entwickeln, muss also ein anderes Schaltprinzip zur An wendung kommen. Es kann zum Beispiel eine Einrichtung derart vorgesehen werden, .da.ss ein auf -ein Schaltelement in einschal tendem Sinne wirkender Haltemagnet, der vom Hauptstrom oder einem Teil desselben durchflossen wird, einen im eingeschalteten Zustand des Schalters eisengeschlossenen magnetischen Kreis besitzt, der beim Nomi nalstrom des Schaltelementes bereits hochge sättigt ist und im "Knie" der Magnetisie- rungskurve arbeitet, während ein auf das gleiche Schaltelement wirkender Ausschalt magnet,
der ebenfalls vom Hauptstrom oder einem Teil desselben durchflossen wird, nur schwach gesättigt ist, und infolge grossen Luftspaltes eine annähernd gerade Magneti- sierungscharakteristik aufweist. Bei gleicher Stromzunahme in .den beiden Magneten wird die Haltekraft, herrührend vom Haltemag neten, infolge :der Sättigung nur noch wenig zunehmen, während :die ausschaltende Kraft des Ausschaltmagnetes weiterhin proportio nal der Stromzunahme wächst.
Durch ent sprechende Abstimmung der beiden Magnet systeme könnte nun erreicht werden, dass im Strombereiche bis zu einem Mehrfachen vom Nominalstrom :des Schalters die Haltekraft überwiegt, während bei noch grösserem Strome die vom Ausschaltmagnet herrüh rende Kraft überwiegt, und das .Schalt element zur Ausschaltung bringt.
Gegenstand der Erfindung ist ein Instal- lations-Selbstschalter, der dadurch gekenn zeichnet ist, dass ein im eingeschalteten Zu stand des Schalters gesättigtes Magnetsystem, das vom Hauptstrom oder einem Teil des selben durchflossen wird, ein Schaltelement in eingeschalteter Stellung festhält, während ein zweites, vom ersten unabhängiges unge sättigtes Magnetsystem in ausschaltendem Sinne auf das gleiche Schaltelement einwirkt.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes ist im Prinzip durch F'ig. 1 veranschaulicht.
Das Schaltelement 1, welches mit dem Kern 2 isoliert verbunden ist, wird durch einen nicht gezeichneten Mechanismus in die Einschaltstellung gebracht und bleibt in die ser Stellung in einem durch eine Spule 4 magnetisierten magnetischen Kreis gehalten. Dieser magnetische Kreis verläuft über das Gehäuse ä, den Kern 2 und einen :dünnen Stab 5; dieser kann aus einem Material her gestellt werden, welches seine Permeabilität in Funktion der magnetischen Induktion stark ändert.
Sein Durchmesser und seine Länge werden so bemessen, dass bei der dem Nominalstrom entsprechenden Erregung der Spule 4 bereits das "Knie" der Magnetisie- rungskurve erreicht wird. Ein zweites, vom genannten Magnetsystem unabhängiges Mag netsystem besteht aus :der Spule 6, :dem :Ge häuse 7 und dem Anker B. Dieser Anker sitzt lose auf dem Schaltelement 1 und wirkt auf einen Anschlag 9 aus unmagnetisierbarem Material, welcher mit dem Kern 2 starr ver- biw:den ist.
Der in :der Einschaltstellung des Schaltelementes festgelegte Luftspalt zwi schen dem Anker 8 und .der ihm gegenüber liegenden Polfläche wird so bemessen, dass die anziehende Kraft auf :den Anker 8 bei einem Mehrfachen des Nominalstromes grösser wird als die Haltekraft auf den Kern 2, und @dass damit das Schaltelement 1 unter der Wirkung der Ausschaltfeder 10 zur Aus schaltung kommt.
Ein Heizwiderstand 11, der seinen Wider standswert in grossen Grenzen mit zunehmen .der Temperatur vergrössert, liegt parallel zur Spule 6, wenn .die Spulen 4 und 6 hinterein ander geschaltet sind (wie in Fig. 1 gezeich net), oder er ist der ,Spule 4 vorgeschaltet, wenn die Spulen 4 und 6 parallel geschaltet sind. Im ersten Falle bewirkt er bei ge gebenem Strome eine von der Dauer ,des Stromflusses abhängige Zunahme der Kraft wirkung der Ausschaltspule 6 auf Anker 8, im zweiten Falle eine Abnahme der Halte kraft der Spule 4 auf Kern z. Beide Fälle gestatten also eine thermische Beeinflussung der Ausschaltung, und zwar zeitlich in Funk tion des Stromes.
In Fig. 2 sind diese Verhältnisse im Prinzip durch Kurven dargestellt, welche die auf .das Schaltelement ausgeübten Kräfte in Funktion des vom Schaltelement geführten Stromes zeigen, und zwar unter der Voraus setzung, der Heizwiderstand 11 sei nach Fig. 1 der Spule 6 parallel geschaltet. Die in einschaltendem Sinne auf :das Schaltele ment wirkenden Kräfte sind in der Richtung P, die in ausschaltendem Sinne, wirken den Kräfte in der Richtung -P aufgetragen.
Es stellen dar in Abhängigkeit des Stro mes i: a .den Verlauf der von der Haltespule 4 auf den Kern 2 und damit auf das Schalt element ausgeübten Kraft P. ; infolge der grossen Sättigung des magnetischen Kreises der Spule 4 verläuft diese Kurve bereits sehr flach;
1b0 die entgegengesetzt wirkende Kraft Pb, herrührend von der Ausschaltspule 6, bei unverändertem Widerstandswert des Heizwiderstandes 11, das heisst also bei nicht andauerndem Stromdurchgang; diese Kurve verläuft annähernd nach einer Geraden, da dieses Magnetsystem derart erregt wird, dass es unterhalb des "Knies" der Magnetisie- rungskurve arbeitet; c den Verlauf der Kraft Po der Aus schaltfeder 10;
d" als Summe von b" und e, die gesamte in ausschaltendem Sinne wirkende Kraft Pd; sie ist in Fig. 2 in negativem Sinne als -d" aufgetragen, um das Resultat der Subtrak tion von<I>a</I> und<I>-d"</I> direkt als Ordinaten differenz zwischen den Kurven<I>a</I> und<I>-d"</I> ablesen zu können;
e" die Verbindungskurve der über der Abszissenachse aufgetragenen Ordinatendif- ferenzen zwischen<I>a</I> und<I>-d",</I> ,das heisst die resultierende Kraft P, auf das Schaltele ment; ihr Schnitt mit der Abszissenachse gibt den vom Schaltelement geführten Strom an, beidem die auf .das Schaltelement wirkende Kraft ihre Richtung wechselt, das heisst bei Stromzunahme von einer Haltekraft in eine Ausschaltkraft übergeht; von die sem Stromwerte an wird der Schalter aus lösen.
Bei andauerndem Stromdurchgang er wärmt sich der Heizwiderstand 11 und sein Widerstandswert nimmt zu. Da vorausge setzt wurde, er sei .der Ausschaltspule nach Fig. 1 parallel geschaltet, bedingt diese Zu nahme eine Vergrösserung der Ausschaltkraft P6 bei. gegebenem, vom Schaltelement ge führten Strome, das heisst nach einem t1 Sekunden dauernden Stromdurchgang geht die Kurve b" über in die Kurve b,, nach t,
2 bezw. t" t4 Sekunden in b2 bezw. b3, b4 <B>USW.</B> Es stellen also dar: b,, bezw. b2, b- b4 die im ausschalten den Sinne wirkende Kraft P6 der Ausschalt spule 6 nach t1, bezw. t2, t3, t4 Sekunden dauerndem Stromdurchgang;
dl, bezw. d2, d3, d4 die gesamte im aus schaltenden Sinne wirkende Kraft Pd nach <I>t,,</I> bezw. t._, t2, t4 Sekunden dauerndem Stromdurchgang, in Fig. 2 negativ aufgetra gen;
e,, bezw. e2, e, e4 die resultierende Kraft auf das Schaltelement P" nach einem t,, bezw. t2, t3, t4 Sekunden dauernden Strom durchgang; die Schnittpunkte dieser Kurven mit der Abszissenachse geben die Strom werte an, bei .welchen der Schalter nach ti, t2, t, t4 Sekunden Stromdurchgang auslöst.
Diese Auslösezeiten in einem andern Koor dinatensystem in Funktion des vom Schalt element geführten Stromes aufgetragen, er gibt die Kurve <I>f</I> als Auslösecharakteristik <I>t = f (i)</I> :des Schalters.
Fig. 3 stellt einen Installations-Selbst- schalter als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Seine Arbeitsweise ist die gleiche, wie die in bezug auf Fig. 1 be schriebene. Um das automatische Auslösen bei Stromlosigkeit zu verhindern, ist hier noch eine Blockierungsvorrichtung vorge sehen, welche zugleich die Freiauslösung ge währleistet. Das Joch 12, das starr mit Stab 5 verbunden ist, trägt an beirlen Enden, in Achsen 20 drehbar gelagert, je eine Klinke 13.
Der Hilfskern 14, frei beweglich auf Stab 5, bewirkt in angezogenem Zustande durch die mit ihm fest verbundene Platte 7.6 die AusklinlLung der Klinken 13. Bei einer Erregung, die einem Strome von 0 bis Nomi nalstrom entspricht, werden jedoch die Klin ken 13 durch die Feder 19 nach aussen ge drückt. Dadurch wird das Ausschalten des Schaltelementes 1 in dessen stromlosem Zu stande verhindert, ebenso das Ausstossen von Druckknopf 15 durch Feder 17. Bei ange zogenem Kern 2 und gelösten Klinken 13, also bei Überstrom, halten die Achsen 20 .den Druckknopf 15 an den Nocken 21 in der eingedrückten Stellung bis zur automa tischen Ausschaltung .des Schaltelementes 1 fest.
Beim Eindrücken des Knopfes 15 wir ken die gleichen Nocken 21 in entgegenge setzter Richtung als Mitnehmer auf die Ach sen 22, die auf den Klinken 1'3 befestigt sind. Wird demnach der Schalter auf einen Über strom eingeschaltet, so wird augenblicklich der Hilfskern 14 angezogen, die Achsen 22 und mit ihnen die Klinken 13 bewegen sich nach einwärts und das Schaltelement 1 schal tet unter dem Einfluss von Spule 6 und Feder 10 aus. Die Freiauslösung ist damit ge währleistet. Nach Freigabe von Druckknopf 15 bringt die Feder 17 denselben hierauf zum Austreten bis zum Anschlag der Nocken 21 auf den Achsen 20.
Während dieser Bewe gung gleiten die Nocken 21 über die Achsen 22 hinweg; letztere werden durch die Feder 19 nach aussen gedrückt und liegen in der Ausschaltstellung des Druckknopfes 15 wie der vor den Mitnehmernocken 21. Bei erneu tem Eindrücken des Druckknopfes 15 wird also der gesamte bewegliche Teil, bestehend aus dem Schaltelement 1, dem Kern 2, dem Stab 5, dem Hilfskern 14 und .den Klinken 13, durch die auf die Achsen 22 als Mit nehmer wirkenden Nocken 21 mitgenommen und in die Einschaltstellung gebracht.
Installation circuit breaker. In the case of self-contained installation switches, a switching capacity that is very high in relation to their nominal capacity is required. This can be increased by high switching speed, effective magnetic blowing of the hold-open arc or the shortest possible self-time of the owner.
In general switch construction, so-called high-speed switches are known which have a particularly short operating time, in that their automatic switch-off is not opposed by any mechanical resistance and this is only due to the speed of the change in magnetic fields. This ensures that the current is interrupted before the current can rise to its maximum value. Be known, however, these switches require a holding magnet attached to a constant voltage source, which holds the switching element in the switch-on.
This circumstance, however, makes it impossible to apply the switching principles known for Sehnellwitches to Installatio.ns automatic switches, since in the latter case the installation of a voltage coil is not acceptable for practical reasons.
In order to develop an installation automatic switch as a so-called high-speed switch, a different switching principle must be used. A device can be provided, for example, in such a way that a holding magnet acting on a switching element in a switching-on sense, through which the main current or part of it flows, has an iron-closed magnetic circuit when the switch is switched on nal current of the switching element is already highly saturated and works in the "knee" of the magnetization curve, while a switch-off magnet acting on the same switching element,
which is also traversed by the main stream or part of it, is only weakly saturated, and due to the large air gap has an almost straight magnetization characteristic. With the same increase in current in the two magnets, the holding force, originating from the holding magnet, will only increase slightly as a result of: the saturation, while: the disconnecting force of the disconnecting magnet continues to grow proportionally to the increase in current.
By coordinating the two magnet systems accordingly, it could now be achieved that in the current range up to a multiple of the nominal current: of the switch, the holding force predominates, while with an even larger current, the force from the switch-off magnet predominates and causes the switching element to switch off .
The subject matter of the invention is an installation self-switch which is characterized in that a magnet system, which is saturated when the switch is switched on and through which the main current or part of it flows, holds a switching element in the switched-on position, while a second, acts on the same switching element from the first independent unsaturated magnet system in a disengaging sense.
An embodiment of the subject invention is shown in principle by F'ig. 1 illustrates.
The switching element 1, which is connected to the core 2 in isolation, is brought into the switched-on position by a mechanism not shown and is held in the water position in a magnetic circuit magnetized by a coil 4. This magnetic circuit runs over the housing ä, the core 2 and a: thin rod 5; this can be made from a material that changes its permeability greatly as a function of magnetic induction.
Its diameter and length are dimensioned such that when the coil 4 is excited corresponding to the nominal current, the "knee" of the magnetization curve is already reached. A second magnet system, independent of the magnet system mentioned, consists of: the coil 6,: the: Ge housing 7 and the armature B. This armature sits loosely on the switching element 1 and acts on a stop 9 made of non-magnetizable material, which is connected to the core 2 rigidly connected: it is.
The air gap between the armature 8 and the opposite pole face, which is defined in the switched-on position of the switching element, is dimensioned in such a way that the attractive force on: the armature 8 is greater than the holding force on the core 2 at a multiple of the nominal current, and @that so that the switching element 1 comes under the action of the opening spring 10 for switching off.
A heating resistor 11, which increases its resistance value within large limits as the temperature increases, lies parallel to the coil 6 when the coils 4 and 6 are connected in series (as shown in FIG. 1), or it is the one, Coil 4 connected upstream when the coils 4 and 6 are connected in parallel. In the first case it causes a given current ge a duration, the current flow dependent increase in the force effect of the trip coil 6 on armature 8, in the second case a decrease in the holding force of the coil 4 on the core z. Both cases therefore allow a thermal influence on the switch-off, namely in terms of time in function of the current.
In Fig. 2 these relationships are shown in principle by curves which show the forces exerted on the switching element as a function of the current carried by the switching element, provided that the heating resistor 11 is connected in parallel to the coil 6 according to FIG . The forces acting in the switching-on sense on: the switching element are applied in the direction P, those in the switching-off sense are applied to the forces in the -P direction.
It represent, depending on the current i: a. The course of the force P exerted by the holding coil 4 on the core 2 and thus on the switching element; as a result of the great saturation of the magnetic circuit of the coil 4, this curve is already very flat;
1b0 the oppositely acting force Pb, originating from the opening coil 6, with the resistance value of the heating resistor 11 unchanged, that is to say when the current does not pass continuously; this curve runs approximately in a straight line, since this magnet system is excited in such a way that it works below the "knee" of the magnetization curve; c the curve of the force Po from the switching spring 10;
d "as the sum of b" and e, the total force Pd acting in the disengaging sense; it is plotted in Fig. 2 in the negative sense as -d "in order to display the result of the subtraction of <I> a </I> and <I> -d" </I> directly as the ordinate difference between the curves <I > a </I> and <I> -d "</I> can be read;
e "the connecting curve of the ordinate differences plotted over the abscissa axis between <I> a </I> and <I> -d", </I>, that is to say the resulting force P, on the switching element; Its intersection with the abscissa axis indicates the current carried by the switching element, both of which the force acting on the switching element changes direction, that is, when the current increases, it changes from a holding force to a disconnection force; the switch will trip from this current value.
If the current continues, the heating resistor 11 warms up and its resistance value increases. Since it was assumed that it was connected in parallel with the opening coil according to FIG. 1, this increase caused the opening force P6 to increase. given currents carried by the switching element, that is, after a current passage lasting t1 seconds, curve b "changes to curve b" after t,
2 resp. t "t4 seconds in b2 or b3, b4 <B> ETC. </B> It thus shows: b ,, respectively b2, b-b4 the force P6 of the switch-off coil 6 after t1, or t2, t3, t4 seconds of current passage;
dl, resp. d2, d3, d4 the total in the disengaging sense acting force Pd after <I> t ,, </I> respectively. t._, t2, t4 seconds of current passage, negative in Fig. 2 conditions;
e ,, respectively. e2, e, e4 the resulting force on the switching element P "after a current passage lasting t1 or t2, t3, t4 seconds; the points of intersection of these curves with the abscissa axis indicate the current values at which the switch after ti , t2, t, t4 seconds continuity triggers.
These tripping times are plotted in another coordinate system as a function of the current carried by the switching element; it gives the curve <I> f </I> as the tripping characteristic <I> t = f (i) </I>: of the switch.
3 shows an installation circuit breaker as a further embodiment of the invention. Its mode of operation is the same as that described with reference to FIG. In order to prevent the automatic triggering when there is no current, a blocking device is provided here, which at the same time ensures the trip-free release. The yoke 12, which is rigidly connected to the rod 5, has a pawl 13 at each end, rotatably mounted in axes 20.
The auxiliary core 14, freely movable on the rod 5, causes in the tightened state through the plate 7.6 firmly connected to it, the notching of the pawls 13. However, when the excitation corresponds to a current from 0 to nominal current, the claws 13 are released by the Spring 19 pushed outwards ge. This prevents the switching element 1 from being switched off in its de-energized state, as well as the pushbutton 15 being pushed out by the spring 17. When the core 2 is pulled and the pawls 13 are released, i.e. when there is an overcurrent, the axes 20 hold the pushbutton 15 against the cam 21 in the depressed position until the switching element 1 is automatically switched off.
When the button 15 is pressed, we ken the same cams 21 in the opposite direction as drivers on the axles 22, which are attached to the pawls 1'3. If the switch is turned on to an overcurrent, the auxiliary core 14 is immediately attracted, the axes 22 and with them the pawls 13 move inward and the switching element 1 switches off under the influence of coil 6 and spring 10. The trip-free release is thus guaranteed. After the push button 15 has been released, the spring 17 causes it to emerge until the cams 21 stop on the axles 20.
During this movement, the cams 21 slide over the axes 22; The latter are pressed outward by the spring 19 and are in the off position of the push button 15 like the one in front of the driver cams 21. When the push button 15 is pressed in again, the entire movable part, consisting of the switching element 1, the core 2, the rod 5, the auxiliary core 14 and .the pawls 13, taken along by the cam 21 acting as a slave on the axes 22 and brought into the on position.