DE1089043B - Gleichstrom- oder wechselstromgesteuertes elektromagnetisches Schaltgeraet nach dem Remanenzprinzip - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft elektromagnetische Schaltgeräte für Gleich- oder Wechselstrom mit hochremanentem Magnetsystem — wie z. B. Relais, Schütze, Überstromschalter od. dgl. —, wobei die Einschaltung durch einen kurzen, impulsartigen Stromstoß erfolgt und der Magnetkreis nach Unterbrechung dieses Erregerstromes· allein durch seine Remanenz geschlossen bleibt sowie schließlich bei Ausschalten des Gerätes mittels eines neuerlichen Stromstoßes entmagnetisiert und daher geöffnet wird, und setzt sich eine wesentliehe Erhöhung der Betriebssicherheit derartiger Geräte zum Ziel.

Es sind bereits nach dem Remanenzprinzip arbeitende Schaltgeräte bekannt, und zwar sowohl solche mit Gleichstrom- als auch mit Wechselstromerregung. Das Ausschalten findet hierbei entweder durch einen Gleichstrom hinreichender Stärke und entsprechenden Vorzeichens oder durch einen Wechselstrom von so geringer Amplitude statt, daß dadurch die Remanenz schnell abgebaut wird. Beim Einschalten dieser bekannten Geräte wird entweder mit dem Einschalten des Ankers unmittelbar durch diesen oder sogar noch in einem früheren Zeitpunkt ein im Erregerkreis liegender Kontakt geöffnet und dadurch der mit der Betätigung der Einschalttaste fließende Erregerstrom unterbrochen. Wenn dies ein Gleichstrom ist, "SO läßt sich bei einer bestimmten Windungszahl der Magnetspule der zum Halten des Ankers erforderliche Betrag der Remanenz mit Sicherheit bei einer bestimmten» Stromstärke erreichen.

Anders liegen die Verhältnisse bei Wechselstromerregung; hier hängt die verbleibende Remanenz von der im voraus nicht bestimmbaren Stelle in der Periode des Wechselstromes ab, an der die Unterbrechung erfolgt; solche Geräte zeigen daher Versager. Ein nach dem Remanenzprinzip auch mit Wechselstrom zuverlässig arbeitendes Schaltgerät zu schaffen., ist das Ziel der vorliegenden Erfindung.

Gemäß der Erfindung ist an dem Schaltgerät ein Zeitschalter vorgesehen, der ohne Lichtbogenlöschung arbeitet und vom Anker des Schaltgerätes gesteuert wird; kurze Zeit nach dem Einschalten des Steuerstromes und Ansprechen des Ankers schaltet er aus. Die Ausschaltung erfolgt erst im Null-Durchgang oder in dessen Nähe; die magnetische Induktion Hegt dabei also in der Nähe der Remanenz, und dadurch ist ein für das Festhalten des Ankers ausreichender Betrag derselben gesichert.

Eine zusätzliche Aufgabe, die sich der Erfinder gestellt hat, besteht darin, den Zeitschalter, also· das verzögernd wirkende Schaltwerk von. an sich beliebiger, z. B. mechanischer, hydraulischer, pneumatischer, elektrischer oder elektromagnetischer Wirkungsweise so auszubilden, daß es bezüglich seiner Ansprechzeit ein-Gleidistrom- oder "wechselstromgesteuertes elektromagnetisches Schaltgerät

nach dem Remanenzprinzip

Anmelder:

E. Schrack Elektrizitäts-Aktiengesellschaft, Wien

Vertreter: Dr. phil. W. P. Radt, Patentanwalt,
Bochum, Heinrich-König-Str. 12

Beanspruchte Priorität:
österreidi vom 4. August 1953 und 13. März 1954

Dr. Eduard Schrack, Wien,
ist als Erfinder genannt worden

stellbar ist. Der Zeitschalter bildet bei dem neuen Schaltgerät ein herstellungsmäßig einheitliches, gegenüber dem Gesamtgerät wesentlich kleineres Einzelteil, das unbeschadet der sonstigen konstruktiven Forderungen und fabrikatorischen Gegebenheiten für den Aufbau des Hauptschalters mit beliebiger mechanischer Präzision hergestellt werden kann und eine nachträgliche Justierung und daher exakte und reproduzierbare Einstellung des Abschaltzeitpunktes des Erregerstromes ermöglicht.

Für derartige Zeitschalter werden einige Beispiele im Zusammenhang mit den Figuren und deren Erläuterung gegeben. Es zeigen

Fig. 1 a und 1 b das Schaltschema eines elektromagnetischen Schützes in ein- und ausgeschaltetem Zustand,

Fig. 2, 3 und 4 weitere Varianten im schaltungsmäßigen Aufbau des Schützes sowie

Fig. 5 als praktisches Ausführungsbeispiel ein mehrphasiges Schütz mit pneumatischem Verzögerungsorgan im Längsschnitt und schließlich

Fig. 6 ein mit mechanischem Verzögerungsorgan ausgestattetes Schütz in Draufsicht.

In Fig. 1 a und 1 b ist die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Schützes an Hand eines prinzipiellen Schaltschemas in Ruhelage und angeworfenem Zustand veranschaulicht: Auf der Grundplatte 1 ist der die Erregerspule 2 tragende Elektromagnet befestigt, dessen beweglicher Anker 3 in üblicher Weise mit der die beweglichen Kontaktarme 6 tragenden Schalt-

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brücke 4 starr verbunden ist und mittels der hier als Druckfeder ausgebildeten Feder 5 angehoben wird; die festen Kontaktpaare der Dreiphasenleitungen R-U₁ S-V usw. sind mit 7 bezeichnet. Soweit die bekannte Schaltung für Schütze der üblichen Ausführung mit Dauererregung.

Die Wicklung der Magnetspule 2 ist in an sich bekannter Weise unterteilt und der — hier zwischen T- und Null-Leiter — an das Netz angeschlossene Erregerkreis 8 erfindungsgemäß derart in zwei parallel geschaltete Stromkreise geteilt, daü der eine, den Einschalter 9 enthaltende, eigentliche Einschaltkreis 8' über einen von einem Verzögerungsorgan 10 gesteuerten Unterbrechungsschalter 11 und die schwächere Teilwicklung 2' der Erregerspule geführt ist, während der andere, der sogenannte Entmagnetisierungskreis 8" über den Ausschalter 12 und ein in angeworfenem Zustand durch einen Kontaktarm 13 der Schaltbrücke 4 geschlossenes Kontaktpaar 14 sowie durch die ganze Spulenwicklung 2 verläuft.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Schützes ist hieraus eigentlich ohne weiteres klar: Wird bei der in Fig. 1 a dargestellten Ruhelage der Einschalter 9 geschlossen, so wird die Teilwicklung 2' von dem starken, von 0 über 2'-ll-8'-9-8 nach Γ geschlossenen Erregerstrom / durchflossen und mit Anzug des Ankers 3 an den Elektromagneten auch die Schaltbrücke 4 in Pfeilrichtung bewegt und dabei sowohl die drei Hauptkontakte 7 durch die Kontaktarme 6 als auch der Kontakt 13-14 des Entmagnetisierungskreises 8" geschlossen. Durch Anzug des Ankers 3 wird nun gleichzeitig die.Sperre des Verzögerungsorgans 10 gelöst und durch dessen Wirkung mittels eines geeigneten Übertragungsorgans der Unterbrechungsschalter 11 mit geringer, jedoch so ausreichender Verzögerung geöffnet, daß der Erregerstromkreis 8' erst nach erfolgtem einwandfreiem Ankleben des Ankers 3 am Eisenjoch des Elektromagneten unterbrochen wird. Nun bleibt das Schütz — wie einzusehen — ohne jeden Leistungsverbrauch im Erregerkreis und völlig unabhängig von Spannungsschwankungen desselben so lange in der in Fig. Ib festgehaltenen Einschaltstellung, bis durch Schließen des Ausschalters 12 der Erregerstromkreis 8" geschlossen und durch Wirkung des durch die ganze Spule 2 fließenden und daher gegenüber dem vorherigen Erregerstrom / erheblich schwächeren, jedoch entsprechend länger einwirkenden Entmagnetisierungsstrom i die Koerzitivkraft des Elektromagneten vernichtet wird, der Anker 3 von diesem und damit die Kontaktarme 6 und 13 von den festen Kontakten 7 und 14 des Schützes gelöst werden, worauf die in Fig. 1 a dargestellte Ruhelage wiederhergestellt ist.

In Fig. 2 ist lediglich eine Ausführungsform des Schützes dargestellt, bei der die Ein- und Ausschaltung durch einen einfachen Umschalter 15 erfolgt, der an der Teilungsstelle der im übrigen völlig analog aufgebauten Stromzweige 8' und 8" des Erregerkreises angebracht ist.

In Fig. 3 ist schließlich als weitere Variante ein Schütz für Drehstrom dargestellt, bei dem die Ein- und Ausschaltung durch einen einzigen, z. B. durch einen Thermostaten oder Schwimmerschalter gesteuerten Dauerkontakt 16 erfolgt. Hier ist der Erregerkreis 8' in gleicher Weise geschaltet wie im vorigen Beispiel, wogegen der Entmagnetisierungskreis 8" einerseits wiederum über die auf der Kontaktbrücke 4 angeordneten Kontakte 14 und 13 sowie die ganze Spulenwicklung 2, weiter aber über einen die Erregerwicklung 2' und den zugehörigen Ausschalter 11 des Einschaltkreises 8' überbrückenden Kondensator 17 geführt und andererseits die ganze Spulenwicklung 2 in angeworfenem Zustand des Schützes — also bei geschlossenem Einschaltkontakt 16 — über 13 und 16 kurzgeschlossen ist, um den sonst durch den Kontaktarm 13 geschlossenen Entmagnetisierungsstrom von der Magnetspule 2 fernzuhalten und erst bei Öffnung des Kontaktes 16 — also Unterbrechung des erwähnten Kurzschlusses — wirksam werden zu lassen.

In Fig. 4 ist an einem im übrigen gemäß der Ausführungsforai der Fig. 1 ausgebildeten Schütz gezeigt, daß das Gerät selbstverständlich ohne weiteres auch in an sich bekannter Weise mit einem Überstromrelais 18j z. B. einem Thermostaten, ausgestattet werden kann, dessen Unterbrechungskontakt 19 imEntmagnetisierungskreis 8" parallel zum Ausschalter 12 angeordnet und mit einer Drucktaste 20 zur Wiedereinschaltung versehen ist. Die sinngemäße Anordnung des Thermorelais bei der Ausführungsform der Fig. 3 ergibt sich ohne weiteres.

Fig. 5 zeigt schließlich ein praktisches Ausführungsbeispiel eines elektromagnetischen Schützes mit von einem pneumatischen Verzögerungsorgan 10 gesteuerten Unterbrechungsschalter 11 des Erregerstromkreises in geöffnetem Zustand im Längsschnitt, wobei mit den Schaltschemen der Fig. 1 bis 4 übereinstimmende Bauteile mit den gleichen Ziffern wie dort bezeichnet sind. Im einzelnen bedeutet 21 das auf der Grundplatte 1 befestigte dreischenkelige magnetische Joch des Elektromagneten, dessen mittlerer Schenkel die Erregerspule 2 trägt und über dem der gleichfalls dreischenkelige Anker 3 von der Druckfeder 5 in Abstand gehalten wird; beide Eisenteile 21 und 3 bestehen aus lameliiertem Material von hoher magnetischer Remanenz. Der Anker 3 trägt die an ihm fixierte Schaltbrücke 4, auf der die Schaltarme 6 bzw. 13 zur Verbindung der an einem Keramikkörper angebrachten festen Kontakte 7 bzw. 14 der drei Drehstromphasen bzw. des Entmagnetisierungskreises 8" angebracht sind.

Das verzögernd wirkende Schaltwerk zur Unterbrechung des Erregerstromkreises 8' besteht nun erfindungsgemäß aus dem seitlich angeordneten, im Erregerkreis liegenden Unterbrechungsschalter 11, dessen Betätigungsknopf 22 mit einem andererseits auf der Schaltbrücke 4 aufliegenden Hebel 23 derart zusammenarbeitet, daß dieser einerseits in der einen Grenzlage — und zwar bei eingeschaltetem Schalter 11 — von der angehobenen Schaltbrücke 4 hochgehalten, andererseits jedoch nach Anwerfen des Schützes von der abwärts bewegten Schaltbrücke 4 freigegeben und dabei Hebel 23 von einer vom eigentlichen Verzögerungsorgan 10 gesteuerten Druckfeder 24 — also mit entsprechender Verzögerung nach Ankleben des Ankers 3 am Joch 21 — in die andere, die Ausschaltung des Unterbrechungsschalters 11 bewirkende Grenzstellung gebracht wird.

Das pneumatische Verzögerungsorgan 10 selbst besteht nun seinerseits aus einer möglichst flachen Kammer von geringem Luftinhalt, die mit einem einstellbaren Nadelventil 25 sowie einem Überdruckventil 26 versehen ist und deren mindestens teilweise elastischer, z. B. gewellter Boden 27 einen Führungsbolzen 28 trägt, welcher unten mit einem die Feder 24 haltenden Federteller 29 ausgestattet ist.

Die Bewegungsgeschwindigkeit bzw. Verzögerung der den Unterbrechungsschalter 11 auslösenden Feder 24 wird also von derjenigen des Führungskolbens 28 und diese wieder von der Einströmgeschwindigkeit der

Luft durch das Nadelventil 25 bestimmt, durch dessen Justierung· mittels der Stellschraube 30 die genaue Einstellung der z. B. Vio Sekunde betragenden Verzögerungszeit erfolgt.

In Fig. 6 ist nun ein Schütz mit einem anderen, besonders vorteilhaft ausgebildeten mechanischen Verzögerungsorgan dargestellt; und zwar ist hier der Hauptschalter auf einer in Betriebslage seitlich angeordneten Montage-Grundplatte 1 aufgebaut, so daß der zentral eingesetzte, den — in der Zeichnung verdeckten — Anker mit der Schaltbrücke 4 tragenden Führungsbolzen horizontal liegt und somit der Anker auch einen horizontalen Schaltweg ausführt.

Im übrigen sind die mit Fig. 5 übereinstimmenden Teile des Hauptschalters wieder mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie dort, nämlich die auf der Schakbrücke 4 angebrachten Kontaktarme 6 sowie die zugehörigen festen Kontaktpaare 7 der drei Phasenleitungen sowie schließlich das Kontaktpaar 13-14 des Entmagnetisierungskreises.

An der — wie bereits erwähnt — seitlich liegenden Grundplatte 1 des Schützes ist nun an einer Seite—in der Zeichnung oben — ein das Gerät horizontal umgreifender winkelförmiger Träger 31 angeordnet, an dem das verzögernd wirkende Schaltwerk zur Unterbrechung des Erregerkreises der Magnetisierungsspule befestigt ist, welches wieder aus dem Unterbrechungsschalter 11 und dem diesen betätigenden, hier erfindungsgemäß mechanischen Verzögerungsorgan 10" besteht.

Dieses Verzögerungsorgan besteht nun seinerseits im wesentlichen aus dem horizontal angeordneten und um eine vertikale Achse 32 schwenkbar gelagerten einarmigen Hebel 33, der an seinem freien Ende eine vergleichsweise ziemlich große träge Masse 34 trägt und weiter einerseits mittels eines Anschlages 35 an der beweglichen Schaltbrücke 4 anliegt und andererseits gegen dieselbe' von einer sehr schwachen Druckfeder 36 ganz leicht angedrückt wird. Schließlich ist am Hebel 33 noch ein verstellbarer Anschlag 37 angebracht, der mit dem Betätigungsknopf 22 des Unterbrechungsschalters 11 zusammenwirkt.

Dieser einarmige Hebel befindet sich nun — wie ersichtlich — bezüglich des durch die Masse 34 hervorgerufenen Trägheitsmomentes in indifferentem Gleichgewicht; hieraus ergibt sich ohne weiteres die Wirkungsweise dieser Verzögerungseinrichtung wie folgt:

Wird der Erregerstromkreis mittels des Einschalters geschlossen (welche beiden Teile im Schaltschema der Fig. 1 mit 8' bzw. 9 bezeichnet sind), dann bewegt sich die mit dem beweglichen Anker 3 verbundene Schaltbrücke 4 in Pfeilrichtung, wobei jedoch das große Gewicht 34 infolge seiner Massenträgheit vorerst zurückbleibt und daher auch der Unterbrechungsschalter 11 wahrend der Anzugsbewegung des Ankers noch geschlossen bleibt; da die Massenträgheit von 34 j edoch durch den an sich geringen Druck der schwachen Feder 36 überwunden werden kann, läuft die Bewegung des Hebels 33 derjenigen der Schaltbrücke 4 mit einer bestimmten Verzögerung nach, mit der dann auch der Schaltknopf 22 des Unterbrechungsschalters 11 betätigt wird, so daß eben der Erregerstromkreis 8' auch erst mit entsprechender Verzögerung nach erfolgtem Anschlag des Ankers unterbrochen wird.

Die gewünschte Verzögerungszeit kann dabei durch entsprechende gegenseitige Abstimmung von träger Masse 34 und Federkraft der Druckfeder 36 eingestellt werden.

Ausgeschaltet wird das Gerät wieder — wie im vorherigen Beispiel — mittels eines gesonderten Entmagnetisierungsstromstoßes, wobei dann bei Abheben des Ankers die Schaltbrücke entgegen der Pfeilrichtung zurückbewegt wird und den Hebel 33 mittels des Anschlages 35 in seine Ausgangsstellung zurückführt.

Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung können insbesondere auch Gleichstromschalter der bisher üblichen Bauart mit Weicheisenkern und nach Anwerfen in den Erregerkreis eingeschaltetem Sperrwiderstand sinngemäß auch mit mechanisch wirkenden Verzögerungsorganen 10" der hier beschriebenen Bauart zur Einschaltung dieses Sperrwiderstandes ausgestattet werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gleichstrom- oder wechselstromgesteuertes elektromagnetisches Schaltgerät nach dem Remanenzprinzip, dadurch gekennzeichnet, daß kurze Zeit nach dem Einschalten des Steuerstromes dieser durch einen vom Anker des Schaltgerätes gesteuerten Zeitschalter unterbrochen wird, der ohne Lichtbogenlöschung arbeitet.

2. Elektromagnetisches Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Magnetwicklungen die Windungszahl der im Ausschaltstromkreis liegenden Entmagnetisierungswicklung ein Mehrfaches derjenigen der im Einschaltstromkreis liegenden Teilwicklung beträgt.

3. Elektromagnetisches Schaltgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitschalter bezüglich seiner Ansprechzeit dadurch verstellbar gestaltet ist, daß ein die Einström-

. geschwindigkeit der Luft steuerndes, einstellbares Nadelventil (25) sowie ein Überdruckventil (26) an einer Luftkammer vorgesehen sind, deren elastischer Boden (29) unter der Einwirkung einer Feder (24) in Abhängigkeit von der Einströmgeschwindigkeit der Luft bewegt wird und mittels eines Druckstiftes (28) den Unterbrechungs schalter (11) betätigt.

4. Elektromagnetisches Schaltgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitschalter bezüglich seiner Ansprechzeit dadurch verstellbar gestaltet ist, daß das Schaltwerk aus einem um eine vertikale Achse (32) schwenkbaren, eine verstellbare, vergleichsweise große träge Masse (34) tragenden einarmigen Hebel (33) besteht, der einerseits mittels eines Anschlages (35) an der horizontal beweglichen Schaltbrücke (4) anliegt und andererseits von einer sehr schwachen Druckfeder (36) ganz leicht gegen die Schaltbrücke angedrückt wird sowie schließlich einen mit dem Betätigungsknopf (22) des Unterbrechungsschalters (11) zusammenwirkenden, einstellbaren Anschlag (37) trägt. -

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 618 866;
USA.-Patentschrift Nr. 2 344654.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 607/284 9.