DE1052508B

DE1052508B - Pressure medium-operated arrangement for switching on and off alternating current or three-phase current consumers with switching off in the vicinity of the current zero passage

Info

Publication number: DE1052508B
Application number: DEL26684A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Otto Grebe
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1957-01-24
Filing date: 1957-01-24
Publication date: 1959-03-12
Also published as: FR1198532A; GB862091A; CH364016A; BE564195A

Description

Es ist schon häufig versucht worden, Schaltkontakte für Wechselstrom immer dann zu öffnen, wenn der Wechselstrom durch Null geht. Alle diese Versuche haben bisher nur bei 16²/₃ Hz teilweise brauchbare und bei 50 Hz keine Ergebnisse gezeigt. Insbesondere sind elektromagnetisch betätigte Schütze wegen ihrer zu den magnetischen Kräften unverhältnismäßig großen Ankermassen völlig ungeeignet, da ihre Abfallbeschleunigung viel zu klein ist.Attempts have often been made to always open switching contacts for alternating current when the alternating current goes through zero. All these attempts have so far shown no results in only 16 ^_2/3 Hz partially usable and at 50 Hz. In particular, electromagnetically operated contactors are completely unsuitable because of their armature masses, which are disproportionately large to the magnetic forces, since their drop acceleration is much too small.

Die bis jetzt bekanntgewordenen Verfahren zur Abschaltung bei Stromnulldurchgang versuchen alle, Kurzschlußströme sofort nach ihrem Entstehen im nächsten Nulldurchgang abzuschalten, was bei den sehr kurzen, z. B. bei 50 Hz zur Verfügung stehenden Zeiten auf fast unüberwindliche mechanische Schwierigkeiten stößt, auch wenn stark vorgespannte Fe der anordnungen benutzt werden, die durch kleine Elektromagnete ausgelöst werden.The methods that have become known up to now for disconnection at current zero crossing all try to Switch off short-circuit currents immediately after they arise in the next zero crossing, which is the case with the very short, z. B. at 50 Hz available times to almost insurmountable mechanical difficulties pushes, even if highly pre-stressed Fe arrangements are used, which are triggered by small electromagnets will.

Der vorliegende Erfindungsvorschlag bezieht sich auf die Aufgabe, die nach Amplitude und Phasenverschiebung verschiedenen Betriebsströme bei elektromotorischen Antrieben der Wechselstromtechnik in möglichst großer Nähe des Stromnulldurchganges abzuschalten. Hierdurch wird der Kontaktabbrand und die Kontaktauswechselung auf ein Minimum gebracht, was bei der heute verlangten langen Kontaktlebensdauer und der hohen Schalthäufigkeit für die immer mehr automatisierten, elektromotorischen Antriebe von entscheidender Bedeutung ist. Mit der »Nähe« des Nulldurchganges ist dabei ein größter Bereich von etwa ± 20 bis ^ 20% der jeweiligen Stromamplitude gemeint, der nach Möglichkeit zumindestens für die größte Zahl der Schaltungen unterschritten werden soll. Dadurch würde also der abzuschaltende Strom höchstens, und das auch nur gelegentlich, ein Fünftel des jeweiligen Maximalwertes sein, wodurch allein schon die Lebensdauer der Kontakte erheblich heraufgeht. Dieser Bereich von ±20% dauert bei 50 Hz 1,33 ms und bei 16% Hz 3 · 1,33 = 4 ms. In dieser sehr kurzen Zeit muß also die Kontakttrennung durchgeführt werden.The present proposal of the invention relates to the task of amplitude and phase shift different operating currents for electromotive drives of the alternating current technology in the largest possible Switch off near the current zero crossing. This causes contact wear and contact replacement brought to a minimum, given the long contact life that is required today and the high switching frequency is of decisive importance for the increasingly automated, electromotive drives. With the "nearness" of the zero crossing there is a largest range of approximately ± 20 to ^ 20% of the respective current amplitude meant which, if possible, should be undercut at least for the largest number of switching operations target. As a result, the current to be switched off would at most, and only occasionally, be a fifth of the respective maximum value, which alone increases the service life of the contacts considerably. This range of ± 20% lasts 1.33 ms at 50 Hz and 3 · 1.33 = 4 ms at 16% Hz. In this very short one The contact separation must therefore be carried out in a time.

Da die Phasenverschiebung betriebsmäßig zwischen Leerlauf, Vollast, Überlast und Generatorbetrieb (Bremse) bei den Drehstrom-Asynchronmotoren einerseits und bei Leerlauf, Vollast und Überlast bei den Hauptschluß-Einphasen-Kollektormotoren andererseits, um zwei Beispiele zu nennen, d. h. zwischen fast — 90°, 0° und fast + 90° elektrischer Phasenverschiebung schwankt, muß als erste Voraussetzung für die oben geschilderte betriebsmäßige Nullabschaltung die jeweilige Phasenlage des Betriebsstromes möglichst genau gemessen werden. Diese Messung führt ein kleiner selbstanlaufender Synchronmotor (Reluktanzmotor) 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 Druckmittelbetätigte Anordnung zum Ein- und Ausschalten von Wechselstrombzw. Drehstromverbrauchern
mit Ausschalten in der Nähe
des StromnulldurchgangesSince the phase shift between idling, full load, overload and generator operation (brake) in the three-phase asynchronous motors on the one hand and in no-load, full load and overload in the main circuit single-phase collector motors on the other hand, to name two examples, i.e. between almost - 90 °, 0 ° and almost + 90 ° electrical phase shift fluctuates, the first prerequisite for the operational zero shutdown described above, the respective phase position of the operating current must be measured as precisely as possible. This measurement is carried out by a small, self-starting synchronous motor (reluctance motor), the stator winding of which is connected to one or more phase voltages by means of special contacts of the switching mechanism, or the other time in the path of the pressure medium-operated arrangement for switching alternating current and off. Three-phase consumers
with power off nearby
of the current zero crossing

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent - Verwaltungs -G.m.b.H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22LICENTIA Patent - Verwaltungs -G.m.b.H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Dr.-Ing. Otto Grebe, Berlin-Lichterfelde West,
ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Otto Grebe, Berlin-Lichterfelde West,
has been named as the inventor

₂₂

Wechselstromes oder die Pfade der Wechselströme des abzuschaltenden Ein- oder Mehrphasenmotors 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 richtigen räumlichen Winkel ein. An die Phasenspannung bzw. die Phasenspannungen wird die Ständerwicklung des kleinen Synchronmotors nur in folgenden beiden Fällen gelegt:Alternating current or the paths of the alternating currents of the single or multi-phase motor to be switched off will. Since this small synchronous motor due to its small size relative to the main motor to be switched current phase positions of this motor practically without delay, it takes with every change the phase angle of the current to be switched to the correct spatial angle for the zero shutdown. To the The stator winding of the small synchronous motor is only in phase voltage or phase voltages in the following two cases:

1. wenn der Hauptmotor betriebsmäßig abgeschaltet wird, so daß der Synchronmotor in diesen Abschaltzeiten weiterlaufen kann und bei Neueinschaltung des Hauptmotors sich nur auf dessen Phasenlage einzudrehen braucht,1. when the main motor is switched off during operation, so that the synchronous motor is in these switch-off times can continue to run and when the main motor is switched on again, it only needs to turn to its phase position,

2. wenn beim Drehstrom-Schleifringläufermotor die ohmschen Läuferwiderstandsstufen kurzgeschlossen sind. In diesem Falle ist nämlich der Läuferstrom des Hauptmotors angenähert in Phase mit seiner Läuferphasenspannung, die ihrerseits nach dem Vektordiagramm des Asynchronmotors in Gegenphase mit der Ständerphasenspannung des Hauptmotors ist, während der zu dem j eweiligen Lauferstrom gehörende Ständerstrom wegen des relativ großen Magnetisierungsstromes von etwa 30 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 Läuferströme des Hauptmotors.
Die Genauigkeit, mit der der kleine Synchronmotor die elektrische Phasenlage in räumliche Winkellage umwandelt und einhält, ist erfahrungsgemäß verhältnis-2. when the ohmic rotor resistance stages of the three-phase slipring motor are short-circuited. In this case the rotor current of the main motor is approximately in phase with its rotor phase voltage, which in turn is in phase opposition to the stator phase voltage of the main motor according to the vector diagram of the asynchronous motor, while the stator current belonging to the respective rotor current is due to the relatively large magnetizing current of about 30 to 40% of the nominal current is not even approximately in phase with the rotor current. This saves you having to switch the stator winding of the synchronous motor to the rotor currents of the main motor.
Experience has shown that the accuracy with which the small synchronous motor converts the electrical phase position into spatial angular position and maintains it is

809 769/418809 769/418

mäßig groß, nämlich einige wenige Grade auch bei etwas schwankender mechanischer Belastung, z. B. durch eine kleine Zahnradpumpe. Da der obengenannte, zugelassene Streubereich von z. B. ±20% der StromampHtude des abzuschaltenden Motors einem Winkelbereich bei einem zweipoligen Synchronmotor von 2 · 12° = 24° entspricht, sind Ungenauigkeiten von einigen Graden für den räumlichen Winkel des Synchronmotors zulässig. (Die 12° berechnen sich aus der Angabe, daß 50% der Stromamplitude bei 30° erreicht sind, und aus der proportionalen Umrechnungmoderately large, namely a few degrees even with somewhat fluctuating mechanical loads, e.g. B. by a small gear pump. Since the above-mentioned permitted spread of z. B. ± 20% of the amperage of the motor to be switched off corresponds to an angular range for a two-pole synchronous motor of 2 12 ° = 24 °, Inaccuracies of a few degrees are permissible for the spatial angle of the synchronous motor. (The 12 ° are calculated from the information that 50% of the current amplitude is reached at 30 °, and from the proportional one conversion

20% _ 220% _ 2

P — γη · bP - γη b

50%50%

30° = — · 30° = 12°.)
530 ° = - 30 ° = 12 °.)
5

Die obengenannte, außerordentlich kurze Zeit von 1,33 ms bei 50 Hz für den zeitlichen Abstand zwischen + 20 und - 20% bzw. zwischen - 20% und + 20% der Stromamplitude erfordert zur Kontaktbetätigung sehr große Kräfte bei kleinsten Massen der bewegten Teile.The above-mentioned, extremely short time of 1.33 ms at 50 Hz for the time interval between + 20 and - 20% or between - 20% and + 20% of the current amplitude requires a lot for contact actuation large forces with the smallest masses of the moving parts.

Wie schon gesagt, scheiden Elektromagnete wegen ihrer verhältnismäßig geringen Kräfte je cm² Polfläche (bei praktisch höchstens 10 000 Gauß, d. h. 10 000 magnetischen Kraftlinien j e cm² nur 4 kg j e cm², gleichbedeutend mit 4 atü) und ihrer unverhältnismäßig großen Ankergewichte von vornherein aus.As already mentioned, electromagnets separate from the start because of their relatively low forces per cm ² pole surface (with practically a maximum of 10,000 Gauss, i.e. 10,000 magnetic lines of force per cm ^2, only 4 kg per cm ² , equivalent to 4 atmospheres) and their disproportionately large armature weights the end.

Auch wenn man bei den elektromagnetischen Schützen zum Abschalten nur die Abfallbewegung des Anlcers benutzt, ist diese Abfallbeschleunigung, wenn sie allein durch das Ankergewicht als Kraft erzeugt wird, viel zu klein, nämlich 9,81 m/s² gegenüber etwa 3000 m/s², ein Wert, der für vorliegende Erfindung notwendig ist.. Sehr starke Abfallfedern zu verwenden, um diese Beschleunigung zu erhöhen, verbietet aber die schwache Ankerkraft beim Anziehen, die diese Federn spannt und den Kontaktdruck erzeugen müßte.Even if you only use the dropping motion of the anlcer to switch off electromagnetic contactors, this dropping acceleration, if it is generated solely by the armature weight as a force, is much too small, namely 9.81 m / s ² compared to about 3000 m / s ² , a value which is necessary for the present invention. Using very strong fall-off springs to increase this acceleration, however, prohibits the weak anchor force when tightening, which tensions these springs and would have to generate the contact pressure.

Deshalb sieht die Erfindung ausschließlich eine pneumatische oder eine hydraulische Betätigung vor, die durch einen kleinen Elektromagneten von 1... 5 W Steuerleistung ausgelöst wird. Die Erfindung besteht darin, daß ein von der Phasenlage des Verbraucherstromes bzw. der Verbraucherströme 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 Verbraucherstromes bzw. der Verbraucherströme erfolgt. Da die Hydraulik mit ihrem inkompressiblen Druckmittel, z. B. Öl, mit leicht zu erzeugenden hohen Drücken arbeiten kann, sind die Verhältnisse dort am einfachsten zu schildern. Dsehalb soll im folgenden nur die hydraulische Betätigung beschrieben werden. Die Wirkungsweise bei pneumatischer Betätigung ist die gleiche.Therefore, the invention provides only a pneumatic or hydraulic actuation, which by a small electromagnet with 1 ... 5 W control power is triggered. The invention consists in that a synchronous drive rotary valve controlled by the phase position of the consumer flow or the consumer flows a pressure oil or compressed air control drives which, after prior approval, an electrohydraulic or electro-pneumatic pilot control the pressure medium outlet for the actuating piston of the switching contacts open in good time so that the switch-off is close to the zero crossing of the consumer current or the consumer flows takes place. Since the hydraulics with their incompressible pressure medium, z. B. Oil, with can work easily to generate high pressures, the conditions are the easiest to describe there. That is to say only the hydraulic actuation is to be described in the following. How it works with pneumatic Operation is the same.

Um zu möglichst höhen Kräften beim Aufreißen der Kontakte zu kommen, wird ein hydraulischer Druck von mindestens 30 atü verwendet. Bei höheren Drücken, die bis einige 100 atü heute technisch genutzt werden, lassen sich die geschilderten Vorgänge noch leichter verwirklichen. Der bewegte Teil der Olbetätigung kann ein sehr leichter, nämlich hohler Kolben sein, der aus einem dünnwandigen Rohrstück und einem dünnwandigen Kolbenboden zusammengesetzt ist. Nimmt man einmal an, daß das Gewicht des Betätigungskolbens samt der daran befestigten Kontaktbrücke und des mitzubewegenden Ölvolumens von einigen cm³ größenordnungsmäßig 100 g beträgt und der angewandte Öldruck bei einer angenommenen Kolbenfläche von 1 cm², wie oben gesagt, mindestens 30 atü beträgt, dann ergibt sich aus der Gleichsetzung der KräfteA hydraulic pressure of at least 30 atm is used to achieve the highest possible forces when the contacts are torn open. At higher pressures, which are used technically today up to a few 100 atmospheres, the processes described can be implemented even more easily. The moving part of the oil actuation can be a very light, namely hollow piston, which is composed of a thin-walled pipe section and a thin-walled piston head. If one assumes that the weight of the actuating piston, including the contact bridge attached to it and the oil volume of a few cm ^{3 to be moved with it, is on the} order of 100 g and the oil pressure applied is at ^{least 30 atmospheres with an assumed piston area of 1 cm 2} , as stated above, then results from equating the forces

P = Kraft = 30 P = force = 30

m = bewegte Masse — „ „„ _r m = moving mass - """ _r

° 9,81 [ms²]° 9.81 [ms ² ]

b = Beschleunigung in m/s² b = acceleration in m / s ²

0,1 [kg]0.1 [kg]

30 kg =30 kg =

04 [kg]04 [kg]

9,81 [m/s²]9.81 [m / s ² ]

die konstante Beschleunigung
. 30 · 9,81the constant acceleration
. 30 x 9.81

■ b [m/s²] ■ b [m / s ² ]

0,10.1

= 2950 [m/s²]= 2950 [m / s ² ]

Beträgt der verlangte Weg des beweglichen Kontaktes z. B. 1 cm = 10~²[m], dann ergibt sich für die Zurücklegung dieses Weges eine Zeit If the required path of the movable contact z. B. 1 cm = 10 ~ ² [m], then there is a time to cover this distance

t[s] =t [s] =

2s [m]2s [m]

2·IO-² 2 IO- ²

b [m/s²] ]/ 29,5 •IO² b [m / s ² ] ] / 29.5 • IO ²

t = 0,00265 s = 2,6 ms t = 0.00265 s = 2.6 ms

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 Beschleunigungsvorganges verstrichen. Der kleine Synchronmotor muß also bei zweipoliger Ausführung eine mechanische Voreilung vonThe curve s = f (t) is a parabola and is shown in FIG. 1 as curve 1 . If one assumes, for example, the separation of the contacts after a distance s = 4 mm, then 1.64 ms have elapsed since the start of the acceleration process. The small synchronous motor must therefore have a mechanical lead of

1,641.64

2020th

360 es 30°360 it 30 °

haben, was, wie später aus der Beschreibung hervorgeht, leicht durchzuführen ist. Trägt man mit demNullpunktbei 2 ms den prozentualen Verlauf der abzuschaltenden Stromkurve i — f (t) auf, dann erhält man in Fig. 1 die Kurve 2. Bei 50 Hz tritt der Wert — 20 % bei 2 — 0,66 = 1,33 ms auf. Der Wert + 20% Hegt bei 2 + 0,66 = 2,66 ms. Aus dem Vergleich zwischen 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 Stromamplitude, oder umgekehrt bei +10% und —10% von i_max Hegen. 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 schneH als mögHch wächst, und das 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 NuUpunkt eine IsoHerstrecke vorhanden ist. Die Meinen 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 cm³ 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.have, which, as will appear later from the description, is easy to do. If the percentage course of the current curve i - f (t) to be switched off is plotted with the zero point at 2 ms , then curve 2 is obtained in FIG. 1. At 50 Hz the value - 20% occurs at 2 - 0.66 = 1.33 ms on. The value + 20% lies at 2 + 0.66 = 2.66 ms. The comparison between curve 1 and 2 shows that the times for 4 mm at 1.65 ms, ie at -10%, and for 8 mm at 2.33 m / s, ie at + 10% of the current amplitude, or conversely at + 10% and -10% of i _max Hegen. The contact separation can therefore take place in the range between 4 and 8 mm switching travel. It is important that after the contacts have been separated, the insulating distance between the contacts increases as quickly as possible, and this is better given in the parabolic curve 1 with a larger piston travel than with a smaller piston travel because of the increasing piston speed. Between 6 and 8 mm, the speed of the piston and thus of the contact pieces after separation is 6 mm / ms = 6 m / s, while the average speed between 0 and 2 mm is only 1.7 mm / ms = 1.7 m / s is. The contact separation will be set in such a way that it takes place as far as possible before the exact zero crossing of the alternating current, because then there is certainly an insulation path at the exact zero point. The mine currents shortly before zero crossing have hardly any influence on the service life of the contacts.
In these curves in FIG. 1, the friction of both the piston and the displaced oil column of a few cm ³ volume is initially not taken into account. In-depth tests have shown, however, that this oil friction does not affect the calculation made, even if considerable cross-sectional constrictions of up to 6% of the piston cross-section are brought into the path of the outflowing oil through built-in orifices.

Diese außerordentliche Herabsetzung der bewegten Massen bei gleichzeitiger starker Heraufsetzung der wirksamen Kräfte hat auch für das Einschalten der Hauptkontakte einen bemerkenswerten Fortschritt gegenüberThis extraordinary reduction of the moving masses with a simultaneous strong increase of the effective ones Forces also made a notable advance over turning on the main contacts

den elektromagnetischen Schützen zur Folge. Das Verhältnis von Betätigungskraft zu bewegter Masse, nämlich die Beschleunigung b, wird bei 100 kg Betätigungskraft und 0,1 kg Gewicht des bewegten Teiles z. B.:result in electromagnetic contactors. The ratio of the operating force to the moving mass, namely the acceleration b, is z. B .:

100 = 10000 m/s²
9,81 100 = 10000 m / s ²
9.81

während es z. B. bei einem dreipoligen 600-Α-Industrieschütz nur 20 m/s² ist. Man weiß aber, daß ab einer Verhältniszahl von 10000 m/s² 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. DiesePrellungen setzen beiSchützen die Kontaktlebensdauer erheblich dadurch herab, daß sie die Kontaktverbindung mindestens einmal, oft sogar mehrmals kurz bei bereits vollfließendem Hauptstrom unterbrechen oder es zumindestens zur Lichtbogenausbildung kommen lassen. Schon bei kleineren Strömen bis 1Ö0 A wird hierdurch 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.while it z. B. with a three-pole 600 Α industrial contactor is only 20 m / s ² . It is known, however, that from a ratio of 10,000 m / s ² upwards, no bruises can occur at all if the moving weight with permanently attached contacts or contact bridges hits the rigid fixed contact or the fixed contact bridge. In the case of contactors, these bruises reduce the contact life considerably by interrupting the contact connection at least once, often several times briefly when the main current is already fully flowing, or at least causing an arc to form. Even with smaller currents of up to 10 A, the contact life is considerably reduced, but it is only with currents above 250 A that the bruising conditions become so uncomfortable that the commercially available large contactors for inductive main currents do not exceed the 5000000 switching operations prescribed by the VDE for a contact set get out.

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. DieWicklung 4 ist an die Klemmen 4' und 4", die Wicklung 5 an die Klemmen 5' und 5" und die Wieklung 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 90° elektrisch gedrehte Phase ständig über einen Kondensator erzeugt wird.In Fig. 2 is a schematic arrangement of the pressure oil circuit for the switching mechanism is given. 3 is the synchronous motor already described above, 4, 5 and 6 are the three phase windings of the three-phase synchronous motor, as it is used with three-phase current, i.e. with asynchronous motors. The winding 4 is led to the terminals 4 ' and 4 ", the winding 5 to the terminals 5' and 5" and the cradle 6 to the terminals 6 ' and 6 " Start-up or a two-phase synchronous motor is used whose second phase, which is only 90 ° electrically rotated, is constantly generated via a capacitor.

Die Welle 7 des Synchronmotors 3 ist über die Kupplung 8 mit der Zahnradpumpe 9 mechanisch verbunden. Die Welle 10 der Zahnradpumpe ist ihrerseits über die Kupplung 11 mit dem ersten hydraulischen bzw. pneumatischen 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 Winkelverdrehungen, 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 derartige 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, voneinanderThe shaft 7 of the synchronous motor 3 is mechanically connected to the gear pump 9 via the clutch 8. The shaft 10 of the gear pump is in turn mechanically connected to the first hydraulic or pneumatic switching element 12 via the clutch 11. The other switching elements 13, 14, 15, which can be increased depending on the number of actuating contacts, are rigidly connected to the shaft 20 of the switching element 12 via the clutches 16, 17, 18, 19 , so that the shafts 21, 22, 23 of the For example, shown switching elements 13, 14, 15 rotate synchronously with the shaft 20 and via the shaft 10 of the gear pump 9 synchronously with the shaft 7 of the synchronous motor 3 . The indicated mechanical clutches 8, 11, 16, 17, 18, 19 are designed so that they do not allow angular rotations, but displacements of the shaft axes relative to one another, as is the case, for example, with cross-disk clutches. With the large number of possible switching elements (only four switching elements, namely 12, 13, 14, 15 are shown in FIG. 2), which are to be lined up in modules at different distances from one another, such a coupling is necessary. The actuating pistons 24, 25, 26, 27 emerge from the switching elements 12, 13, 14, 15 and carry the contact bridges 28, 29, 30, 31 insulated on their upper ends. The mating contacts 33, 34, 35 sit on the insulating strip 32 , 36, which are drawn fixedly attached in this schematic diagram for the sake of simplicity, and from two each, one behind the other in the viewing direction, from one another

isolierten Kontaktstücken bestehen, an die die jeweils zu unterbrechenden Leitungen angeschlossen sind. In Wirklichkeit werden diese Kontakte zurückfedernd im nachlaufenden Sinne bei der Kontakttrennung 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 deren Abwärtsbewegung auftritt. Diese Abwärtsbewegung der Betätigungskolben 24, 25, 26, 27 wird durch die starken Rückzugsfedern 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.insulated contact pieces to which the lines to be interrupted are connected. In reality, these contacts are resiliently installed in the trailing sense during the contact separation, as will be described later, so that the intended exact contact separation according to curves 1 and 2 in Fig. 1, as described there, occurs at a higher speed of the actuating piston during their downward movement. This downward movement of the actuating pistons 24, 25, 26, 27 is caused by the strong return springs 37 ' and 37 " on the piston 24, 38' and 38" on the piston 25, 39 ' and 39 " on the piston 26, 40' and 40" on the piston 27 brought about.

Die eingezeichneten Schaltelemente 12, 13, 14, 15 sind durch die Ölleitungen 41, 42, 43 und 44 mit der gemeinsamen, schraffiert gezeichneten Druckölleitung 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 eventuell 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 bemessen zu werden braucht, die wesentlich kleiner ist als die eventuell zur kurzzeitigen Schalterbetätigung benötigte relativ große Druckölmenge je Zeiteinheit, z. B. von 10 ms.The switching elements 12, 13, 14, 15 shown are connected by the oil lines 41, 42, 43 and 44 to the common, hatched pressure oil line 45 , which is fed via the line 46 from the spring pressure accumulator 47. This spring pressure accumulator 47, which mainly consists of the strong pressure spring 48, the pressure piston 49 and the pressure cylinder 50 , acts as a pressure buffer for the possibly short activation operations of higher power, so that the gear pump 9, which is connected to the pressure accumulator 47 via the pressure line 51 and its oil sucks in via the suction line 52 , can remain small and only needs to be measured for the mean oil delivery, which is much smaller than the relatively large amount of pressure oil per unit of time that may be required for brief actuation of the switch, e.g. B. of 10 ms.

Damit die Zahmadpumpe 9 und der kleine Synchronmotor 3 von den Leistungsschwankungen bei der Kontaktbetätigung möglichst weitgehend verschont bleiben, wird die Druckleitung 51 für wesentlich höheren Ölströmungswiderstand bemessen als die der Leitungen 45 und 46. Die Zahnradpumpe 9 soll noch aus einem zweiten Grunde für eine möglichst kleine Förderleistung bemessen werden: Eine Zahnradpumpe benötigt immer die volle Antriebsleistung, 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 Ölkreislaufs die restliche geförderte Ölmenge der Zahnradpumpe abgeblasen wird. Da also ständig die volle Förderleistung 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 des Ölbehälters 55 in ihrer 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.Thus the Zahmadpumpe 9 and the small synchronous motor largely unscathed 3 of the power fluctuations in the contact operation as possible, the pressure line 51 for substantially higher oil flow resistance is measured as that of lines 45 and 46. The gear pump 9 is yet a second reason for the smallest possible The delivery rate can be measured: A gear pump always needs the full drive power, even if it only has to deliver pressure and no amount of useful oil. A pressure valve 53 is therefore always necessary, via which the remaining amount of oil delivered by the gear pump is blown off after the amount of leakage oil from the oil circuit has been subtracted. Since the full capacity of the gear pump must always be generated, which is practically completely converted into heat when the switch is operated, the output of the gear pump may only be so great that the existing, relatively small amount of oil 54 of the oil container 55 is heated in the usual limits. Of course, the oil tank 55 can, as usual, be provided with cooling fins or even with cooling tubes, but in view of the theoretically very small mean actuation power for the usual switching actuations of the entire arrangement, it is most expedient, as described, to use the buffer 47 to make the gear pump 9 as small as possible to keep in their dimensions and in their output.

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 starken Rückzugsfedern 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 Steuer-In Fig. 3, one of the switching elements 12, 13, 14, 15 shown in Fig. 2 is shown drawn in cross section, for example the actuated switching element 14. In Fig. 3 again denotes: 26 the actuating piston for the isolated mounted, in Fig. 3 not subscribed contact bridge 30 of FIG. 2. the strong return springs 39 ', 39 "of Fig. 2 for clarity are also not shown because in FIG. 3. transverse to the bore 56 a through hole 57 is attached by the two covers 58 and 59 pressure-tight manner is completed. In the bore 57 laterally moves the piston valve 60, the left and right outer piston surface is acted upon by the oil pressure lines 61 and 62. 43 is the pressure port of FIG. 2, which leads the pressurized oil for actuating the piston 26 if the tax

kolben 60 ganz rechts steht und den Zylinderraum 56 mit der Druckölleitung 43 verbindet.piston 60 is on the far right and connects the cylinder space 56 with the pressure oil line 43.

In der in Fig. 3 gezeichneten linken Stellung des Steuerkolbens 60 wird der Betätigungszylinder 56 mit dem Ölabflußkanal 63 verbunden, der mindestens den gleichen Querschnitt wie der Zylinder 56 hat. Auch der durch die mittlere Ausdrehung des Kolbenschiebers 60 geschaffene zylinderförmige Durchflußquerschnitt 64 muß mindestens den Durchlaßquerschnitt von 56 haben.In the shown in Fig. 3 left-hand position of the control piston 60 of the actuating cylinder 56 is connected to the oil drainage channel 63, which at least has the same cross section as the cylinder 56. The cylindrical flow cross section 64 created by the central recess of the piston valve 60 must also have at least the flow cross section of 56 .

Unterhalb des Ausflußkanals 63 läuft der vom Synchronmotor 3 in Fig. 2 angetriebene Drehschieber 65 beispielsweise in der durch den Pfeil angedeuteten Drehrichtung, also linksherum 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 Dreh-Schiebers 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 Schlitz66 freigegebene Öl in axialer Richtung aus dem seitlich offengelassenen Rohrdrehschieber heraus.Below the outflow channel 63 , the rotary slide valve 65 driven by the synchronous motor 3 in FIG. 2 rotates, for example, in the direction of rotation indicated by the arrow, that is, to the left. 66 is the passage slot of the rotary valve 65, the flow cross section of which is at least equal to that of the cylinder 56 . The dashed line 67 indicates that the rotary slide 65 is connected at a fixed angle to a second rotary slide 68 , the passage slot 69 of which is only dimensioned for the actuation of the piston slide 60. 68 temporarily interrupts the control line 62. 70 is the drainage line of the rotary valve 65, which can also be omitted if the rotary valve 65 consists only of a thin-walled tube with a single drainage slot 66. In the latter case, it flows through the slot 66 released oil in the axial direction out of the tubular rotary valve, which is left open at the side.

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.The control lines 61, 62 lead to a small piston control slide 71, which is moved to the left in the smaller bore 72 by the small symbolically indicated electromagnet 73 by means of its armature 74, which is firmly connected to 71 and is moved to the right by the return spring 75 . 76 is the connection line for the hydraulic control arrangement. It is connected to the oil pressure line 43 or 45 in FIG. 2 and, in addition to the leakage oil, only carries the small amount of oil that is required to actuate the larger piston valve 60.

77 ist der Metallblock oder das Gußstück, in dem die bisher beschriebenen Zylinder und Leitungen liegen, das dem Teil 14 der Fig. 2 entspricht. 77 is the metal block or the casting in which the cylinders and lines described so far lie, which corresponds to part 14 of FIG.

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 83 liegt am Minuspol der Gleichstromquelle. 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.The magnet 73 is with its one terminal 78 z. B. at the positive pole of a small DC power source, so z. B. on a dry rectifier. The other terminal 79 is routed via line 80 to contact 81 and from there to switch 82 . The line 83 is connected to the negative pole of the direct current source. The contact 81 touches the movable contact piece 84 when the smaller piston slide 71 is on the left, that is, when the magnet 73 has attracted its armature 74. This is the case when switch 82 is closed. The small spring 85 always pulls the contact piece 84 against the insulating washer 86, which is firmly connected to the smaller piston slide 71.

Das bewegliche Schaltstück 84 ist über die Leitung 87 mit der einen Bürste 88 einer rotierenden Kontaktanordnung verbunden, die winkelstarr mit den beiden Ölschiebern 65 und 68 gekuppelt ist und ebenso wie diese durch den Synchronmotor 3 aus Fig. 2 angetrieben wird. 92 ist die Gegenbürste von 88. Beide Bürsten 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 einen Nocken betätigter Kontakt treten, wobei der Nocken seinen Kontakt so lange schließt, wie in Fig. 3 die Bürsten 88, 92 auf dem Metallteil 91 schleifen.The movable contact 84 is connected via the line 87 to one brush 88 of a rotating contact arrangement which is coupled at a fixed angle to the two oil slides 65 and 68 and, like the latter, is driven by the synchronous motor 3 from FIG. 92 is the counter brush of 88. Both brushes 88 and 92 slide on a cylindrical body 89, which consists of the metal part 91 and the insulating pieces 90 . This rotating contact arrangement can of course also be replaced by a contact actuated by a cam, the cam closing its contact for as long as the brushes 88, 92 drag on the metal part 91 in FIG.

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, FIG. 4 shows one of the possible assemblies of the three rotating parts 65, 68 and 89. The corresponding parts are provided with the same numbers as in FIG. 65 and 68 form a common rotary valve, 66 is the larger slot between channel 63 and 70,

69 der kleinere Schlitz zur zeitweisen Unterbrechung dei Steuerleitung 62. Rechts außerhalb des Metallkörpers 7/ ist die rotierende Kontaktanordnung mit dem Drehkörper 89 und den beiden Bürsten 88 und 92 gezeichnet 93, 94 sind die gegebenenfalls notwendigen Lager, ζ. B besondere Kugel- oder Gleitlager, die notwendig werden_; um, wie angedeutet, statt des massiven Drehschiebers 65. wie er in Fig. 3 gezeichnet ist, einen Rohrschieber anzuwenden. 18 und 19 sind die in Fig. 2 bereits gezeichneter winkelstarren Kupplungen der vom Synchronmotor 3 angetriebenen Wellenanordnung. 69 the smaller slot for the temporary interruption of the control line 62. On the right outside the metal body 7 / the rotating contact arrangement with the rotating body 89 and the two brushes 88 and 92 is shown 93, 94 are the bearings that may be necessary, ζ. B special ball or slide bearings that are necessary _; in order, as indicated, instead of the solid rotary valve 65 as shown in FIG. 3, to use a tubular valve. 18 and 19 are the rigid-angle couplings, already drawn in FIG. 2, of the shaft arrangement driven by the synchronous motor 3.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende:The mode of operation of the arrangement described is as follows:

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.For the purpose of actuating the element 14 removed from FIG. 2 in the sense of switching on the main current, the switch 82 is switched on in FIG. 3. This closes the circuit for the small electromagnet 73 from the positive pole via terminals 78, 79, lines 80 and 83 to the negative pole. The armature 74 is pulled to the left against the larger spring 75 , with it the small piston slide 71 and the insulating washer 86. As a result, the movable contact piece 84, which is pulled to the left by the small spring 85, touches the contact 81. The parallel circuit to the switch 82 closes via .81, 84,87,88, 89, 92 and 93, but remains ineffective as long as switch 82 is closed.

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 16²/₃ Perioden wird man aus diesem Grunde nur Gleichstrom nehmen.In this case DC actuation has been assumed; With these small electromagnets, alternating current can also be used at any time if the various switch-on moments do not interfere with the subsequent actuation. In 16 ^_2/3 periods it will take for this reason only direct current.

Der Magnetanker 74 zieht den Kolbenschieber 71 nach links, wodurch in Fig. 3 die hydrauhsche 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 ZyHnderdeckels 58 liegengeblieben ist, nach ganz rechts bis an den stiftförmigen Ansatz des ZyHnderdeckels 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 MilHsekunden verzögert, was für den Einschaltvorgang der Hauptkontakte (28, 29, 30, 31 in Fig. 2). keine Rolle spielt, da das Einschalten bei Wechselstrom bekanntlich zu jedem beHebigen 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 Hnken Stellung von 71 die hydrauhsche Leitung 62 direkt an den drucklosen Außenraum anschließt.The magnet armature 74 pulls the piston valve 71 to the left, whereby the hydraulic control line 61 comes into connection with the pressure line 76 in FIG. 3. This z. B. pressure oil through the channel 61 against the arrows shown in Fig. 3 in the cylinder space between the cylinder cover 58 and the left piston surface of the larger piston valve 60. 60 is thereby from the left, where it remained after the last shutdown in front of the pin-shaped approach of the cylinder cover 58 is driven to the far right up to the pin-shaped approach of the ZyHnderdeckels 59 when the slot 69 of the right rotary valve 68 just releases the control channel 62 as a drainage channel. If the rotary slide 68 does not release the channel 62 , then the described movement of the piston slide 60 to the right is delayed by a few milliseconds, which affects the switching on of the main contacts (28, 29, 30, 31 in FIG. 2). does not matter, as it is well known that switching on with alternating current may take place at any given point in time. As such, it would be easy to turn a bypass passage of the rotary valve 68 by an additional device on the smaller control piston 71, which follows in the Hnken position 71 of the hydrauhsche line 62 directly to the pressureless outside.

In der rechten SteUung 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 Betätigungsm.agnete 73 mit kleinsten Betätigungsleistungen, z. B. 1 Watt, bei größten Kontakt-In the right-hand control of the larger piston slide 60 , the pressure line 43 (see also FIG. 2) is brought into connection with the actuating cylinder 56 in FIG. 3 through the central turning of 60 and thereby the actuating piston 26 (see also FIG. 2) pressed upwards, that is, against the arrow drawn in FIG. 3, until the main contacts 30 and 35 in FIG. 2 close. This ends the switch-on process for this switching element. It is noteworthy that the two-fold hydraulic or pneumatic amplification via the smaller control piston 71 and the larger control piston 60 are the smallest actuating magnets 73 with the smallest actuation capacities, e.g. B. 1 watt, with the greatest contact

drücken durch den Betätigungskolben 26 gestattet, was auf der Steuerseite zu außerordentlichen Verkleinerungen und damit Verbilligung der elektrischen Bausteine führt. Mit dieser außerordentlichen Verkleinerung der elektrischen Hilfsmittel werden die durch die sogenannte Miniaturtechnik der Nachrichtentechnik in neuester Zeit bereits geschaffenen Miniaturbausteine, wie Miniaturrelais in luftleerer oder gasgefüllter Ausführung von der Größe eines Würfels Zucker, elektronische Kleinströhren, Transistoren, und nicht zuletzt die in der Radio- und Fernsehtechnik bereits eingeführten gedruckten Schaltungen auch für Starkstromschaltungen anwendbar. Besonders die letzteren bringen für die Starkstromgeräte eine außerordentliche Ersparnis bei der Herstellung, weil die kostspieligen Verdrahtungen komplizierter Starkstromsteuerungen 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, fast so billig wie sehr große Stückzahlen hergestellt werden können. Denkt man vergleichsweise an die nur mit Nagelbrettern 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 Starkstromgeräten. Die heute noch durchweg verwendete Einzelverdrahtung bei größeren Schaltwerken, wie z. B. Fahrschaltwerke von elektrischen Triebfahrzeugen, machen einen beträchtlichen Teil der Herstellungskosten aus, und einfache Schützensteuerungen bei Kranen verbrauchen bis zu 30% der Her-Stellungskosten für die Verdrahtung und Verkabelung.pressing permitted by the actuating piston 26 , which leads to extraordinary reductions in size and thus cheaper electrical components on the control side. With this extraordinary reduction in size of the electrical aids, the miniature components that have recently been created by the so-called miniature technology of communications technology, such as miniature relays in a vacuum or gas-filled version the size of a sugar cube, small electronic tubes, transistors, and last but not least those in radio and Television technology already introduced printed circuits can also be used for high-voltage circuits. The latter in particular bring extraordinary savings in production for the high-voltage devices, because the expensive wiring of complicated high-voltage controls can be produced cheaply in printed circuit even in small numbers. Because with this only a rubber stamp is to be procured as a tool, which can be produced according to the process of the well-known offset printing by photographic and photochemical means directly from the enlarged and carefully constructed circuit diagram. This rubber tool is used to print onto the hard paper disks that have been sprayed with copper and cut to fit beforehand. The unprinted copper is then etched away. Any desired plates can be hooked into the etching system, so that even small numbers of printed circuits, for example from 100 pieces, can be produced almost as cheaply as very large numbers. If one thinks in comparison of the so-called cable harnesses, which can only be produced with nail boards and similar devices, with their laborious trying out the correct cable lengths and their lacing, then one gauges the extraordinary advantage of printed circuits even with high-voltage devices. The single wiring that is still used today for larger switchgear assemblies, such as B. travel switchgear of electric locomotives, make up a considerable part of the manufacturing costs, and simple contactor controls in cranes consume up to 30% of the manufacturing costs for wiring and cabling.

Zur Einleitung des Abschaltvorganges des Hauptstromes wird der Schalter 82 in Fig. 3 geöffnet und damit der Strom des Elektromagneten 73 unterbrochen, wenn das 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 wie möglich nach rechts gezogen, damit der Kontakt 81 möglichst schnell geöffnet wird, solange die Bürsten auf den IsoHerstücken 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.To initiate the disconnection process for the main current, the switch 82 in FIG. 3 is opened and thus the current of the electromagnet 73 is interrupted when the rotating contact part 89 is in the position shown in FIG. In this position, the two brushes 88 and 92 run straight on the two insulating pieces 90. The small armature 74 is pulled with the small control piston 71 by the spring 75 as quickly as possible to the right so that the contact 81 is opened as quickly as possible as long as the Grind brushes on the insulating pieces. Since the shaft driven by the synchronous motor 3 , which is shown in Fig. 3 with the dashed line 67 , in 50 Hz operation z. B. rotates once in 20 ms, this time is only a few ms.

Steht der umlaufende Kontaktkörper 89 zufällig beim öffnen des Schalters 82 so, daß die Bürsten 88 und 92 durch den Metallkörper 91 verbunden sind, so wird trotz geöffnetem Schalter 82 der Anker 74 noch in der rechten 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.If the circumferential contact body 89 happens to be in such a way when the switch 82 is opened that the brushes 88 and 92 are connected by the metal body 91 , the armature 74 is still held in the right position via the contact 81 until the insulating parts 90 , despite the open switch 82 also interrupt the hold circle. After the interruption of 81 , the circumferential contact 89 can no longer switch on the magnet 73.

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 In the right position of the small control slide 71 shown in FIG. 3, it connects the pressure line 76 to the right control channel 62, which at this moment, as shown, is still blocked by the right rotary slide 68. The pressure of 76 is pending on this one. As soon as after a few more ms the

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 wie 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 Hnks 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. Rotary valve 68 through the synchronizer shaft 67 in the direction of the arrow z. B. is rotated further, the control line 62 opens to the cylinder space 57 of the larger piston valve 60, and the pressure oil flows in the direction of the arrows shown in FIG. As a result, it is pressed into the left end position as quickly as possible, whereby it presses the oil in its left cylinder space via the control line 61 into the open air or into the unpressurized outer space in accordance with the arrows shown. Nevertheless, this process also takes a few ms. The control piston movement of all Hnks to the far right but is determined completed when the left rotary vane approach leads 65's through slot 66 at the bottom, slightly narrowed to the flow opening of Durchlaßschiebers 66 side of the discharge duct 63rd

Gegenüber der in Fig. 3 gezeichneten Stellung der beiden Drehschieber 65 und 68 haben sich diese während der beschriebenen Vorgänge um 180° 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 bein 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 absinken läßt. Im ersten Teil der Kurve 1, etwa zwischen 0 und 1 ms, ist diese Kurve strenggenommen keine Parabel, weil sich der Schütz 66 erst einige Grade öffnen muß, ehe der volle Ölstrom fließt. Aber diese kleine Zeitveränderung: ist jedesmal dieselbe und kann leicht durch Justieren des Drehschiebers 65 auf seiner Achse 67 eliminiert werden.Compared to the position of the two rotary slides 65 and 68 shown in FIG. 3, they have rotated further by 180 ° during the processes described, so that the slots 66 and 69 are almost as shown in FIG. 3 again. At the moment when the upper left edge of the slot 66 touches the lower right edge of the drain opening 63 , the oil begins to flow out of 63 and to flow in from the cylinder chamber 56 via the screwing in of the piston valve 60 in the direction of the arrow. Since the piston 26 'and 39 "2 is under the pressure of the strong tension springs 39 from FIG. That he had stretched before leg switching-on of the main contact 30, uses an abrupt oil movement which, as stated above, the piston 26 with its 2 allows contact 30 from Fig. 2 to drop approximately according to curve 1 of Fig. 1. In the first part of curve 1, approximately between 0 and 1 ms, this curve is, strictly speaking, not a parabola, because the contactor 66 must first open a few degrees. before the full flow of oil flows in. But this small change in time: is the same every time and can easily be eliminated by adjusting the rotary slide valve 65 on its axis 67.

Nimmt man entsprechend den eingangs angeführten Rechnungen für Kurve 1 einen Federdruck von 30 kg und ein bewegtes Gewicht von 100 g, 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 4mm in Fig. 1, d. h. nach 1,64ms, ein. Bei einmaliger richtiger Justierung des Eintritts der Ölströmung muß also die Öffnung des Hauptkontaktes bei etwa 10% der AmpHtude des Hauptstromes beginnen, und zwar in der vor dem Nulldurchgang Hegenden 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.Referring according to the above-mentioned calculations for curve 1 a spring pressure of 30 kg and a moving weight of 100 g, then 1. If applies to this end the end of the whole turn-off curve 1 in Fig. To the drawn in Fig. 2 fixed counter contact 35 in Fig. 2 in the usual way counter-springing so that it continues the opening movement of the movable contact 30 for another 4 mm before it comes to its fixed stop, then the contact opening is exactly at 4 mm in Fig. 1, ie after 1.64 ms , a. With a one-time correct adjustment of the entry of the oil flow, the opening of the main contact must begin at about 10% of the AmpHtude of the main flow, namely in the time of about half a millisecond before the zero crossing. Even if the opening of the main contact should already begin after 3 mm of travel, the main current only has 20% of its amplitude, which quickly drops to zero.

Die vorhergegangenen zeitlichen Abläufe des kleinen Steuerkölbchens 71 und des größeren Steuerkolbens 60 einschHeßlich 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 Hegen. Dieser Einsatz beginnt deshalb auch unabhängig vom Zeitpunkt des Ausschaltens des Schalters 82, mit dem die ganze Abschaltbewegung nur eingeleitet wird.The previous timing of the small control piston 71 and the larger control piston 60, including the synchronous actuation by contact disc 89 and right rotary valve 68, influence the main movement and, most importantly, its timing, as their movements are in previous periods of the main flow. This use therefore also begins regardless of the time at which the switch 82 is switched off, with which the entire switch-off movement is only initiated.

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 Spannungs-As soon as one of the switching elements 12, 13, 14, 15 shown in FIG. 2 is switched on, a special switching element (not shown) switches the stator windings of the synchronous motor 3 from the voltage at the same time.

809 76S/418809 76S / 418

Claims

connection to power connection. In three-phase drives, the power connection is brought about by switching on terminals 4 ', 4 ", 5', 5", 6 ', 6 "in previously short-circuited secondary windings of three phase current converters The stator winding of the single-phase synchronous motor previously connected to voltage with auxiliary phase must be taken because the switching from voltage to current by the special switching element takes place so quickly that the speed of the synchronous motor 3 cannot noticeably decrease To get the synchronous motor, it is advisable to switch the auxiliary phase of the synchronous motor to the secondary winding of the single-phase current transformer. The current transformer must be dimensioned for the necessary, small apparent motor power , both rotate with the phase position of the Main stream. Correspondingly, the shaft 7 and all connected shafts 10, 20, 21, 22, 23 rotate during their synchronous running with the phase shift angle of the main current, depending on its phase position before and back. In the case of smaller drives, there is no need for a current transformer because the motor current can be conducted directly via the stator winding of the small synchronous motor. In the latter case, it must be possible to connect the synchronous motor to the mains via a small transformer so that it can continue to run synchronously during the power breaks. If the rotary slides 65 and 68 are connected to a four-pole synchronous motor, i.e. if the motor has an asynchronous speed of 1500 rpm, then the contact is only separated once during a period. In the case of a two-pole synchronous motor, i.e. at 3000 rpm, the switch-off can be carried out at each current zero crossing. While with single-phase power, z. B. per transformer tap, only one contact is to be opened, are in three-phase circuits, z. B. stator reversal and gradual switching on and off of the rotor resistance of an asynchronous motor to switch at least two contacts. The phase position of these two contacts is independent of the respective main phase position with respect to each other with symmetrical operation 90 °, because after switching off a phase with three-phase current only a single-phase circuit is switched on at the linked voltage. The phase position of the phase voltage, the current of which is switched off first, is namely 90 ° compared to the still remaining interlinked voltage on the two phases that have not yet been switched off. At 50 Hz, these 90 ° correspond to a time of 5 ms, which is always constant. Either you adjust the rotary valve 68 in the second phase by 90 ° at 3000 rpm or 45 ° at 1500 rpm of the synchronous motor, or you add z. B. the contact bridge of the second phase in the hub, so that the separation of the contacts of phase 1 takes place. Patent claims:

1. Pressure medium-actuated arrangement for switching AC or three-phase current consumers on and off with switching off in the vicinity of the current zero crossing, especially for by means of electrohydraulic Contactor contacts switched on and off with high switching frequency, often theirs Motors changing direction of rotation, characterized in that one of the phase position of the consumer current or the consumer flows controlled

synchronous drive (3) rotary valve (65, 68) drives a pressure oil or compressed air control, which after prior release of an electro-hydraulic or electro-pneumatic pilot control the pressure medium outlet Open (63) for the actuating piston (24, 25 ...) of the switching contacts (28, 29 ...) in good time that the shutdown in the vicinity of the zero crossing of the consumer current or the consumer currents he follows.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a controlled synchronous drive Reluctance motor is used, the stator winding of which when the consumer is intended to be switched off Consumer current or from the consumer currents flows through directly or via current transformers.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the reluctance motor during the Disconnection times of the consumer is due to the voltage of the network used to supply it.

4. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that for actuating the switching contacts by a pressure medium, e.g. B. Oil, actuated switching elements with one another of the same design in corresponding number are provided and the reluctance motor in each switching element two rotary slides (65, 68) drives.

5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that each switching element except that for contact actuation serving piston (26) a control device, for. B. a piston valve (60), which is controlled via control pressure lines (61, 62).

6. Arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that the piston slide (60) in the In the middle of its length has a recess (64) with which an outflow channel running to the rotary slide valve (65) (63) is blocked or released.

7. Arrangement according to claim 1 to 6, characterized in that in the pressure line (62) of the Piston valve (60) of the second rotary valve (68) is arranged, the flow opening opposite the of the first rotary slide valve (65), which releases the switching piston (26), is offset by about 90 °.

8. Arrangement according to claim 1 to 7, characterized in that the control pressure lines (61, 62) from a second control device, e.g. B. a second small piston valve (71) acted upon which is connected to the common pressure line (76).

9. Arrangement according to claim 1 to 8, characterized in that the second control device (71) in one direction by a spring (75), in the other direction by a small electromagnet (73), which is excited when the consumer is intentionally switched on, is adjusted.

10. Arrangement according to claim 1 to 9, characterized in that under the action of the excited Electromagnet (73) the second control device (71) which releases a pressure line (61) so that the first Control device (60) is adjusted and a pressure line (43) opens, whereupon the pressure medium under the Switching piston (26) occurs and this closes the associated switching contact.

11. The arrangement according to Claiml to 10, characterized in that in the circuit of the electromagnet (73) a switch (82) is to which a circuit is connected in parallel, one of the Reluctance motor driven breaker (89) and one operated by the second control device (71) Contains contact (81, 84).

6060

i 052i 052

12. The arrangement according to Claiml to 11, characterized in that the switch (82) is opened to switch off the consumer and the electromagnet (73) is switched off approximately in phase with the next subsequent opening of the parallel circuit on the interrupter (89).

13. The arrangement according to claim 1 to 12, characterized in that the second control device (71 ) is adjusted under the action of the spring (75) when the electromagnet (73) is de-energized and interrupts the parallel circuit by means of the contact (81, 84) operated by it so that any further excitation of the electromagnet (73 ) is prevented even if the contact is made again by the interrupter (89).

14. Arrangement according to claim 1 to 13, characterized

characterized in that the double control slide (71) connects the connecting line (76) with the pressure line (62) in the new position.

15. The arrangement according to claim 1 to 14, characterized in that at the next subsequent opening of the motor-driven second rotary valve (68) pressure medium flows to the first control device (60) and this resets so that the pressure medium under the piston (26) with the Drain line (63) is connected.

16. The arrangement according to claim 1 to 15, characterized in that the process of draining the pressure oil from the rotary valve (65) is controlled so precisely phase-dependent that the switch contact attached to the piston (26) opens with decreasing current as possible at current zero passage.

For this purpose, 1 sheet of drawings