DE1439514B2 - Wechselstrommagnet für Schütze oder ähnliche Geräte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselstrommagneten für Schütze oder ähnliche Geräte mit einem beweglichen, vom Anker mittels einer mechanischen Vorrichtung betätigten magnetischen Nebenschluß zur Anpassung der Zugkraftkurve des Magneten an die Kraftbedarfskurve.

Es ist bekannt, daß die Zugkraftkurve eines üblichen Wechselstrommagneten sehr unterschiedlich von der wirklichen Kraftbedarfskurve ist. Die Kraftbedarfskurve wird von den Widerständen bestimmt, die beim Anziehen des Ankers überwunden werden müssen. Es sind dies mechanische Kräfte, wie z. B. Federn, Reibungskräfte u. dgl. Die Kraftbedarfskurve entspricht im allgemeinen einem eckigen, stufenartigen Polygon-Linienzug. Die Zugkraftkurve eines Wechselsrommagneten besitzt dagegen die Gestalt eines flachgeschwungenen Bogens.

Für die Wirkungsweise der Wechselstrommagneten, insbesondere für den Ablauf der Bewegungsund Schaltvorgänge hat sich als sehr nachteilig erwiesen, daß die Zugkraftkurve in ihrer Charakteristik weitgehend von der Bedarfskurve abweicht. Es ist zwar wünschenswert und vielfach auch erforderlich, daß die Zugkraftkurve in bezug auf den gesamten Weg des Ankers des Wechselstrommagneten über der Kraftbedarfskurve liegt, daß also an allen Stellen durch den Wechselstrommagneten eine größere Kraft erzeugt wird, als zur Überwindung aller Widerstände jeweils benötigt wird. Wenn der Kraftüberschuß jedoch verhältnismäßig groß wird oder die Größe des Kraftüberschusses sehr stark schwankt, ergibt sich ein sehr stoß- und ruckartiger Bewegungsablauf, der sich entsprechend ungünstig auf den Schaltvorgang auswirken kann. Von Nachteil ist besonders, daß Kraftüberschuß zu Beginn der Bewegung des Ankers infolge Erregung des Wechselstrommagneten größer ist als an anderen Stellen des Ankerweges. Daraus ergibt sich, daß bei abfallender Spannung sich der Anker zunächst in Bewegung setzt, dann aber an der einen oder anderen Stelle hängenbleibt.

Ferner ist ein Schütz mit umsetzbaren Kontaktbrücken bekanntgeworden, wobei die Zugkraftkurve des Magneten mit Hilfe eines im Schützmagneten vorhandenen magnetischen Nebenschlusses betriebsmäßig veränderbar ist. Bei diesem Vorschlag wird von der bekannten Tatsache ausgegangen, daß Schaltgeräte mit elektromagnetischen Antrieben mit einer wechselnden Anzahl Schaltkontakten ausgestattet werden, wobei durch den Wechsel der Anzahl Schaltkontakte ein unterschiedlicher Kräftebedarf gegeben ist. Demgemäß werden technische Maßnahmen angegeben, um nach Umsetzen der Kontaktbrücken beispielsweise die Zugkraftkurve des Magneten mit Hilfe eines magnetischen Nebenschlusses betriebsmäßig zu verändern. Die Veränderung erfolgt jedoch lediglich einmalig in Anpassung an den unterschiedlichen Kraftbedarf, d. h. durch Einschalten eines ganz bestimmten während des Weges des Ankers sich keineswegs ändernden Nebenschlusses. In einer konstruktiven Ausführung wird der magnetische Nebenschluß als Manschette ausgebildet. Diese Manschette ist aber fest und unbeweglich und auch unveränderlich in einer Ausnehmung eingesetzt. Es ist also nur möglich und auch nur gewünscht, den magnetischen Nebenschluß durch Einsetzen einmal eines großen oder einmal eines kleinen magnetischen Nebenschlusses in Form einer Manschette zu ändern.

Es wurde ferner ein Empfangsrelais für Fernsteueranlagen vorgeschlagen, wobei zwei Anker vorgesehen sind, deren erster die Schaltwirkung herbeiführen und deren zweiter einen magnetischen Neben-Schluß zu dem ersten bilden soll, wobei dessen Stellung und damit die Größe des magnetischen Nebenschlusses verzögert mit dem absoluten Wert der Spannung geändert wird.

Bekannt ist außerdem ein Elektromagnet in Topfform mit einem Ankergegenstück, welches einen Hohlraum aufweist. Hierbei sind Maßnahmen getroffen worden, durch feste Anordnung von Sondermitteln die Anzugscharakteristik zu verändern, d. h. diese Mittel werden nur einmalig fest angeordnet.

Bei einem weiteren bekannten Wechselstrommagneten, der insbesondere für elektroakustische Geräte Verwendung findet, soll ein Schwingen des beweglichen Ankers mittels mechanischer und/oder magnetischer Hilfsmittel dadurch verhindert werden, daß der Luftspalt zwischen Joch und Anker ganz oder teilweise durch Federn aus Stahl, Bronze od. dgl. überbrückt wird. Diese bekannte Ausbildung dient dem Zweck, Brummgeräusche zu verhindern.

Ein weiterer bekannter Vorschlag bei einem Elektromagneten, insbesondere für Auslöser, geht dahin, eine zusätzliche Änderung des magnetischen Widerstandes herbeizuführen, und zwar unter Verwendung zweier oder mehrerer in Reihe liegender Luftspalte, deren Änderung in Abhängigkeit voneinander gestellt ist. Hierbei wird der Anker drehbar in dem Joch gelagert und der zweite Luftspalt an den Drehpunkt gelegt, wobei der Anker und das Joch so geformt sind, daß bei der Schließbewegung des Ankers eine zusätzliche Änderung dieses zweiten Luftspaltes eintritt.

Bekannt wurde schließlich auch ein Elektromagnet, bei welchem ein magnetischer Nebenschluß an einem Hilfs-Luftspalt angeordnet ist und in Abhängigkeit vom Weg des Ankers zur Wirkung gebracht wird.

Bei der vorliegenden Erfindung ist nun von einem anfangs erläuterten Wechselstrommagneten ausgegangen worden, und es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wechselstrommagneten zu schaffen, bei welchem eine besonders genaue Anpassung der Zugkraftkurve des Magneten hinsichtlich ihrer Charakteristik an die Kraftbedarfskurve erfolgt, und zwar derart, daß einerseits ein sanfter, gleichmäßiger stoß- und ruckfreier Schaltvorgang eintritt und andererseits diese Wirkungsweise mit Sicherheit gewährleistet wird, auch wenn einmal ein Spannungsabfall oder andere Störungen dieser Art eintreten, wobei außerdem der Elektromagnet sehr einfach und betriebssicher gestaltet ist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der magnetische Nebenschluß an dem zwischen Anker und Magnetkern bestehenden Arbeitsluftspalt angeordnet und in seiner Bewegung durch ein Hebelsystem oder eine Kurvenscheibe in Abhängigkeit vom Ankerweg gesteuert ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch erzielt, daß der magnetische Nebenschluß aus einer den Arbeitsluftspalt umgebenden Spirale aus magnetisch wirksamem Material gebildet ist, welche durch ein Hebelsystem infolge der Anzugsbewegung des Ankers auseinandergezogen wird. Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß der magnetische Nebenschluß von einem seitlich am Arbeitsluftspalt

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angeordneten Bauteil aus magnetisch wirksamem abfall sich die gesamte Zugkraftkurve nach unten hin Material gebildet ist, welches am Anker drehbar ge- gewissermaßen parallel verschiebt, so daß dann wielagert ist und auf einer am Magnetkern angebrachten derum die Schnittpunkte entstehen.
Kurvenscheibe gleitet, derart, daß es beim Anziehen Nach dem oben erläuterten Grundgedanken der

des Ankers vom Magnetkern abgeschwenkt wird. 5 Erfindung soll vorübergehend ein magnetischer

Von Vorteil ist ferner, daß die Stärke des magne- Nebenschluß zur Wirkung gebracht werden. Im alltischen Nebenschlusses nach einer vorgegebenen gemeinen genügt es, wenn der Nebenschluß nur im Kurve gesteuert wird. Anfangsteil des Bewegungshubes des Ankers an-

Schließlich ist es noch für die Praxis von beson- gelegt, sodann aber nach und nach außer Wirkung derem Vorteil, daß der Magnet mehrere Arbeitsluft- io gebracht wird. Man erhält auf diese Weise eine Zugspalte hat und daß an mindestens zwei dieser kraftkurve entsprechend der ausgezogenen Linie 6, Arbeitsluftspalte magnetische Nebenschlüsse an- deren Anfangspunkt 8 verhältnismäßig dicht über geordnet sind. dem Anfangswert der Kraftbedarfskurve 7 liegt, so

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der daß die Bewegung des Ankers sanft und stoß- und Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigen 15 ruckfrei erfolgt. Wie aus der Zeichnung deutlich er-

Fig. 1 und 2 Diagramme zur Veranschaulichung sichtlich ist, verläuft die Kurve 6 auf diese Weise so, eines Vergleiches zwischen den von einem Wechsel- daß die Gefahr eines Hängenbleibens des Ankers Strommagneten über den Weg des Ankers aufgetra- nicht besteht. Wenn in diesem Falle ein Spannungsgenen Zugkräften und dem Mindestkraftbedarf, abfall eintritt, ergibt sich die strichpunktierte

F i g. 3 die schematische Darstellung eines Wech- 20 Kurve 9, die nur im Anfangsteil unterhalb der Kraftselstrommagneten mit magnetischem Nebenschluß in bedärfskurve, und zwar bis zu dem Schnittpunkt 10 Form von Spiralen, in Seitenansicht, liegt. Es ergibt sich somit der Vorteil, daß bei einem

Fig. 4 die schematische Darstellung der Wirkungs- bestimmten Spannungsabfall der Anker überhaupt weise des Hebelsystems und nicht aus seiner Ruhestellung bewegt wird, was eine

Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel eines 25 vorteilhafte Sicherung für den gesamten Schaltvor-Wechselstrommagneten mit Nebenschluß, in Seiten- gang bedeutet,
ansicht. Aus Fig. 2 wird deutlich, daß es in manchen Fäl-

F i g. 1 zeigt ein Kraft-Weg-Diagramm, wobei über len auch sehr vorteilhaft sein kann, den magnetidem Weg S, den der Anker des Wechselstrommagne- sehen Nebenschluß pendelnd entsprechend der vorten in einem Hub zurücklegt, die Kräfte eingetragen 30 handenen Kraftbedarfskurve zur Wirkung zu brinsind, die einerseits von dem Wechselstrommagneten gen, so daß sich eine Wellenlinie 11 ergibt, die noch erzeugt werden und die zum anderen benötigt wer- weitgehender als die Zugkraftkurve 6 der Kraftden. Die letzteren Kräfte ergeben die sogenannte bedärfskurve 1 angepaßt ist. Im Falle des Span-Kraftbedarfskurve 1, deren Gestalt von den mecha- nungsabfalles erhält man die strichpunktiert genischen Widerständen des betreffenden Schalter- 35 zeichnete Kurve 12, die die Kraftbedarfskurve in systems, z. B. von Federn, Reibung u. dgl., abhängig dem Punkt 13 schneidet, so daß der gleiche Vorteil, ist. Die Kraftbedarfskurve ist also unabänderlich wie in dem oben beschriebenen Falle der Kurve 9, vorgegeben und besitzt die Charakteristik des in vorhanden ist.

Fig. 1 eingezeichneten Polygon-Zuges. Die bisher Fig.3 zeigt im Schema ein Ausführungsbeispiel

üblichen Wechselstrommagneten besitzen eine Zug- 40 der Erfindung. Mit dem Bezugszeichen 14 ist der kraftkurve, deren Charakteristik der gestrichelten Magnetkern bezeichnet, welcher eine Spule 15 trägt. Kurve 2 in Fig. 1 entspricht. Man erkennt deutlich, Wie üblich, ist ein beweglicher Anker 16 vorgesehen, daß im Augenblick des Einschaltens des Wechsel- welcher durch Erregung der Spule 15 angezogen Strommagneten, d. h. bei Beginn der Bewegung des wird und den Weg S zurücklegt. Die beiden Luft-Ankers, die Zugkraft in dem Punkt 40 wesentlich 45 spalte zwischen den äußeren Schenkeln des Magnetüber dem wirklichen Kraftbedarf in dem Punkt 7 kernes 14 sowie denen des Ankers 16 sind von je liegt. Die überschüssige Kraft erzeugt also eine stoß- einer Spirale 17,18 umgeben. Die nach Art einer artige Beschleunigung des Ankers und damit eine Feder ausgebildeten Spiralen bestehen aus magneunangenehme Schaltwirkung. tisch wirksamem Werkstoff, vorzugsweise Weicheisen.

Es liegt vielleicht der Gedanke nahe, den Wechsel- 50 Die Spiralen sind an ihren beiden Enden mit Rahstrommagneten derart auszulegen, daß die Zugkraft- men 19,20 bzw. 21,22 verbunden, wobei die Rahkurve nur mit geringem Abstand oberhalb der Kraft- men 19 und 21 unverrückbar auf den Schenkeln des bedärfskurve, d. h. etwa in dem Punkt 41 auf der der Ankers befestigt sind, während die Rahmen 20,22 Ruhelage entsprechenden Linie 42 beginnt. In die- verschiebbar auf den Schenkeln des Magnetkernes sem Falle würde jedoch die Zugkraftkurve des Wech- 55 gehalten sind. Durch Wirkung je eines Hebelsystems selstrommagneten der in Fig. 1 eingezeichneten wird die Spirale mit fortschreitender Bewegung des Kurve 3 entsprechen, die die Kraftbedarfskurve an Ankers in Richtung auf den Magnetkern auseineinzelnen Punkten schneidet. Hierdurch würde sich andergezogen und damit immer mehr die magneder Nachteil ergeben, daß der Anker gewissermaßen tische Wirkung der Spirale vermindert. Wie ohne auf halbem Wege hängenbleiben kann, nämlich an 60 weiteres aus den F i g. 3 und 4 zu entnehmen ist, den Schnittpunkten 4 oder 5, so daß damit auch der wird der Hebel 24, der an dem einen Ende in dem Schaltvorgang, den der Wechselstrommagnet aus- festen Gelenkpunkt 23 gehalten ist, durch Wirkung üben soll, gefährdet ist. Dasselbe Bild würde sich er- des in dem Schlitz 26 geführten Bolzens 25 ausgeben, wenn man den Wechselstrommagneten so aus- geschwenkt, wodurch der in dem Punkt 27 anlegen würde, daß seine normale Zugkraftkurve nur 65 gelenkte Hebel 29 verschoben wird. Dieser letztere verhältnismäßig wenig oberhalb der vorspringenden Hebel ist in dem Gelenkpunkt 30 mit dem Rahmen Stufenkanten der Kraftbedarfskurve verläuft. Man 20 bzw. 22 verbunden. Der Hebelarm 24 weist mehmuß nämlich damit rechnen, daß bei Spannungs- rere Bohrungen 28 auf, so daß eine Regelbarkeit des

Verschiebemaßes ermöglicht ist. Aus Fig. 4 ist deutlich zu erkennen, daß bei einer Verschiebung des mit dem Anker verbundenen Rahmens 19 um eine Strecke 31 der Rahmen 20 um die wesentlich größere Strecke 32 verschoben wird, so daß die Spirale 17 um die Differenz der Strecken 33 und 34 auseinandergezogen wird.

Dies gilt auch für ein weiteres in F i g. 5 schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel, bei welchem an dem Anker ein magnetisch wirksames, sich über die gesamte Breite des Ankers erstreckendes Bauelement 35 in dem Gelenkpunkt 36 angebracht ist. Dieses Bauelement wird bei Bewegung des Ankers 16 in Richtung auf den Magnetkern 14 hin entgegen der Kraft der Feder 39 in die gestrichelt gezeichnete Lage 35 α ausgelenkt. Hierzu dient ein Kurvenstück 37, auf dessen Kurvenfläche 38 das freie Ende des Bauelementes 35 gleitet. Auch aus diesem Lösungsprinzip wird deutlich, daß der magnetische Nebenschluß mit fortschreitender Bewegung des Ankers immer mehr außer Wirkung gebracht wird.

Zur noch besseren Anpassung des magnetischen Nebenschlusses bzw. der Zugkraftkurve an die Bedarfskurve ist es sehr zweckmäßig, die Bauelemente, die den Nebenschluß bilden, in ihrer örtlichen Lage gegenüber dem Magnetkern und dem Anker durch feststehende oder sich gegebenenfalls drehende Kurvenscheiben zu steuern. Es ist ferner denkbar, die Kurvenscheiben auswechselbar einzurichten, so daß die Bewegung der magnetischen Nebenschlußorgane geändert werden kann und eine leichte Umstellung des Wechselstrommagneten auf andere Kraftbedarfskurven möglich ist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Wechselstrommagnet für Schütze oder ähnliche Geräte mit einem beweglichen, vom Anker

35 mittels einer mechanischen Vorrichtung betätigten magnetischen Nebenschluß zur Anpassung der Zugkraftkurve des Magneten an die Kraftbedarf skurve, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Nebenschluß an dem zwischen Anker und Magnetkern bestehenden Arbeitsluftspalt angeordnet und in seiner Bewegung durch ein Hebelsystem oder eine Kurvenscheibe in Abhängigkeit vom Ankerweg gesteuert ist.

2. Wechselstrommagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Nebenschluß aus einer den Arbeitsluftspalt umgebenden Spirale aus magnetisch wirksamem Material gebildet ist, welche durch ein Hebelsystem infolge der Anzugsbewegung des Ankers auseinandergezogen wird.

3. Wechselstrommagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Nebenschluß von einem seitlich am Arbeitsluftspalt angeordneten Bauteil aus magnetisch wirksamem Material gebildet ist, welches am Anker drehbar gelagert ist und auf einer am Magnetkern 0 ) j angebrachten Kurvenscheibe gleitet, derart, daß es beim Anziehen des Ankers vom Magnetkern abgeschwenkt wird.

4. Wechselstrommagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des magnetischen Neben- ; Schlusses nach einer vorgegebenen Kurve gesteuert wird.

5. Wechselstrommagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet mehrere Arbeitsluftspalte hat und daß an mindestens zwei dieser Arbeitsluftspalte magnetische Nebenschlüsse angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen