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Elektrodynamisches System zur Erzeugung mechanischer Impulse Als
Auslöser für Schalter und direkt als Schalter verwandte man bisher fast ausnahmslos
Anordnungen, in denen die von einer stromdurchflossenen Spule erzeugte magnetische
Kraft ausgenutzt wurde. Um eine möglichst große magnetische Kraft zu bekommen, ließ
man in diesen Anordnungen den magnetischen Fluß innerhalb von Eisenkernen verlaufen,
was jedoch den Nachteil hat, daß wegen der Sättigung des Eisens die Beschleunigung
des beweglichen Magnetankers nicht beliebig gesteigert werden kann. Dadurch ist
es nicht möglich, die Eigenzeit solcher Systeme unter eine stimmte Grenze herabzudrücken.
Aus diesem. Grunde sind in neuerer-.
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Zeit Schalteinrichtungen mit extrem niedriger Eigenzeit entwickelt
worden, welche mit Hilfe von Systemen gesteuert werden, die kein Eisen enthalten
und in denen die dynamische Wirkung des elektrischen Stromes ausgenutzt wird.
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| Ein solches System besteht beispielsweise aus einer Erregerspule |
| und einem mit dieser induktiv gekoppelten Kurzschlußring. Die |
Erregerspule ist fest gelagert, während sich der Kurzsohlußring in Richtung der
Wicklungsachse bewegt. Wird durch die Brregerspule ein Stromstoß geschickt, so entstehen
zwischen den Spulen Abstoßkräfte, und der Kurzschlußring wird mit sehr hoher Beschleunigung
in Bewegung gesetzt. Die Abstoßkräfte sind um so größer, je schneller sich die Größe
des Stromes in der Zeiteinheit ändert. Es ist'daher zweckmäßig, zur Erregung beispielsweise
den Entladestrom eines Kondensators zu verwenden.
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Mit einem derartigen System lassen sich zwar extrem niedrige Schaltzeiten
erreichen, jedoch erfordert es besondere Einrichtungen zur geradlinigen Führung
des beweglichen. Kurzschlußringes und zum Festhalten des Kurzschlußringes in seiner
Endlage.
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Die vorliegende Erfindung geht nun von dem Gedanken aus, daß durch
die Ausnutzung einer anderen dynamischen Wirkung des elektrischen Stromes die genannten
Nachteile der bekannten Anordnung zu vermeiden sind. Sie beruht auf der Tatsache,
daß in einem Spulensystem jede fest angeordnete, nicht kreisförmige Kurzschlußwindung
bei einer Änderung des Erregerstromes in der Primärspule versucht, kreisringförmige
Gestalt anzunehmen, *und zwar = so mehr, je stoßartiger diese Änderung erfolgt.
Als Kurzschlußwindung wird daher gemäß der Erfindung ein fest angeordneter, nicht
kreisförmiger Ring verwendet, der sich bei Stromfluß durch die Erregerspule zumindest
zum Teil elastisch verformt. Dadurch wird eine beliebige Schaltbewegung, z. B. die
Auslösung eines Schnellschalters oder das Schließen bzw. Öffnen eines Stromkreises,
herbeigeführt.
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Der Kurzschlußring besitzt vorzugsweise ovale Form, an deren Stelle
aber auch jede andere nicht kreisrunde, z. B. rechteckige, Form treten kann. Besteht
wie im vorstehend erläuterten Fall die gesamte Kurzschlußwindung aus einem Teil,
dessen elastische Verformung zur Auslösung einer Schaltbewegung ausgenutzt wird,
so ist eine Rückstellkraft nicht erforderlich, denn nach Abklingen der Stoßerregung
kehrt die Kurzschlußwindung von selbst in ihre Ruhelage zurück.
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Eine vorteilhafte Ausführung eines elektrcdynamischen Systems nach
der Erfindung wird erhalten, wenn man die Kurzschlußwindung so aufbaut, daß sie
sich nur zum Teil verformt. Sie besteht dann aus einem starren, nicht verformbaren
Teil, welches nicht völlig in sich geschlossen ist, also z. B. U-förmige Gestalt
besitzt, und einem in sich verformbaren Teil, das in die Öffnung des U-förmigen
Teils eingesetzt ist und dadurch die Surzschlußwindung schließt.
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Das verformbare Teil ändert dann bei stoßartìger Erregung des Systems
auf Grund der dynamischen Wirkung des Stromes seine Gestatt derart, daß dadurch
eine Schaltbewegung ausgelöst werden kann.
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Diese Anordnung läßt sich noch dadurch verbessern, daß nach einem
weiteren Erfindungsgedanken die Länge des verformbaren Teiles etwas größer bemessen
wird als die Öffnung des starren Teiles, in die es eingesetzt ist. Dadurch steht
das verformbare Teil unter einer gewissen Druckspannung, deren Richtung senkrecht
auf seiner Verformungsrichtung steht. Durch diese Druckspannung wird dem verformbaren
Teil bei Auslösung des Systems eine zusätzliche Beschleunigung erteilt, welche zu
einer weiteren Herabsetzung der Eigenzeit des Systems führt.
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Bei dieser Ausführungsform, ist für die Rückführung des beweglichen
Teiles in seine Ausgangsstellung eine Rückstelleinrichtung erfor-'. derlich, die
aus einer beliebigen, an sich bekannten Anordnung bestehen kann, in einfachen Fällen
z. B. aus einer von Hand betatigten Rückstelltaste, bei automatischer Rückstellung
z. B. aus 'einer Peder oder einem durch Druckkraft oder. Drucköl bewegten Kolben.
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Eine Anordnung gemäß der Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft
als Rückstromsperre in Gleichstromkreisen oder als Kurzschließer für Kontaktumformer
verwenden, da es in diesen Fällen besonders auf eine niedrige Eigenzeit des Schaltsystems
ankommt.
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Im folgenden werden verschiedene Äusführungsbeispiele eines elektrodynamischen
Systems gemäß der Erfindung beschrieben.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei Anordnungen, die das der Erfindung zugrunde
liegende Prinzip verdeutlichen.
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Die Fig. 3 und 4 sowie 5 bis 7 zeigen je ein Ausführungsbeispiel
eines elektrodynamischen Systems gemäß der Erfindung.
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Fig. 8 zeigt den Zusammenbau einer Anordnung. gemäß Fig. 3 mit einer
Schalteinrichtung.
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Fig. 9 zeigt eine Schaltung, die zur Auslösung der in den vorhergehenden
Pig. beschriebenen Systeme dienen kann.
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In Fig. 1, die schematisch das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip
zeigt, bezeichnet 1 die Erregerwicklung und 2 den gemäß der Erfindung nicht kreisförmig,
sondern z. B. ovalgsstalteten Kurzschlußring, der sich bei stoßartigem Stromfluß
durch die Erregerspule zumindest zum Teil elastisch verformt. An diesem Kurzschlußring
liegt z. B. ein Stößel 3 an, der sich infolge der Verformung des Kurzschlußringes
in Pfeilrichtung bewegt und auf eine beliebige Schalt-oder Auslöseeinrichtung einwirken
kann.
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In Fig. 2 ist im Prinzip dieselbe Anordnung dargestellt, jedoch mit
einer rechteckigen Kurzschlußwindung, deren Schenkel 4, 5 und 7 so dimensioniert
sind, daß sie sich bei Erregung des Systems nicht verformen, während der Schenkel
6 schwächer gehalten ist, so daß er sich unter dem Einfluß des Kurzschlußstromes
ausbiegen kann und dadurch den Stößel 3 bewegt.
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Fig. 3 zeigt eine andere Ausführung eines elektrodynamischen Systems
gemäß der Erfindung, in der die Kurzschlußwindung aus einem ovalen, nicht geschlossenen
Teil 8 besteht, in dessen Öffnung ein Stab 9unter einer gewissen Druckvorspannung
eingesetzt ist. Das Teil 8 ist so bemessen, daß es bei Erregung der Kurzschlußwindung
seine Gestalt nicht ändert, während der Stab 9 sich in diesem Fall ausbiegt und
dadurch den Stößel 3 in Pfeilrichtung' bewegt. Der Stab 9 ist mit zylindrischen
Stirnflächen oder zylindrischen Ansätzen 9'an seinen'Enden versehen, die das Ausbiegen
begünstigen.
Der Anschlag 10 sorgt dafür, daß der Stab bei Zurückführung in seine Ausgangsstellung
nicht nach innenleinknickt.
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Der Stab 9 kann an sich beliebigen Querschnitt besitzen ; es ist jedoch
vorteilhaft, einen rechteckigen Querschnitt zu verwenden, um eine bevorzugte Biege-
bzw. Knickrichtung zu erhalten.
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In Fig. 5 besteht die Kurzschlußwindung aus einem U-förmigen Teil
11 und einer vier Rollen enthaltenden Rollenklinke 12. Wie bereits oben erläutert,
stehen die Rollen 12 unter einer gewissen Druckspannung, die zu einer zusätzlichen
Beschleunigung bei der Auslösung führt. Die mittleren Rollen werden bei Erregung
der Spule 1 nach außen gedrückt und bewegen den Stößel in Pfeilrichtung. Ebenso
wie in Fig. 3 sorgt der Anschlag 10 dafür, daß die Rollenklinke bei Zurückführung
in ihre Ausgangsstellung nicht nach innen einknickt.
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Die Arbeitsstellung des Systems ist in Fig. 7 dargestellt. Der Einfachheit
halber wurde in dieser Fig. die Erregerwicklung 1 weggelassen.
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Die Fig. 4 und 6 zeigen die Lage der Erregerspule 1 gegenüber der
Kurzschlußwindung. Die Windungen der Erregerspule sind gleichachsig zu beiden Seiten
der Kurzsohlußwindung angeordnet. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß nahezu der
gesamte von der Erregerwicklungerzeugte Fluß die Kurzschlußwindung durchsetzt.
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In der Anordnung nach Fig. 5 dient ebenso wie in den Anordnungen nach
den Fig. 1 bis 3 ein Stößel 3 dazu, die von der Deformation der Kurzschlußwindung
oder eines Teiles davon herrührende Bewegung auf eine beliebige Schalt-oder Auslöseeinrichtung
zu übertragen.
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Im Gagensatz dazu ist in Fig. 8 dargestellt, wie in besonders einfacher
Weise der Stößel 3 direkt eine Kontaktbrücke 13 tragen kann, die mit den Kontakten
14 und 15 zusammenarbeitet. Zur Rückführung der Kontaktbrücke 13 in ihre Ausgangsstellung
dient die Feder 16, die sich an einer aus Isolierstoff bestehenden Brücke 17 abstützt.
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Wie bereits in der Einleitung erwähnt, ist es besonders vorteilhaft,
zur Erregung des Systems gemäß der Erfindung den Entladestrom eines Kondensators
zu verwenden. Eine entsprechende, an sich bekannte Schaltung ist in Fig. 9 dargestellt.
Sie besteht aus einem Kondensator 18 und einer Funkenstrecke mit den Elektroden
19,20 und 21. An die Klemmen 22 und 23 ist die Erreger" spule des Systems angeschlossen,
während auf die Klemmen 24 und 25 ein Spannungsimpuls beliebigen Verlaufs gegeben
wird. Der Kondensator 18 wird aus einem nicht dargestellten Gleichstromnetz aufgeladen.
Wird an die Klemmen 24 und 25 ehe Spannung angelegt, so zündet die Funkenstrecke
zwischen den Klemmen 19 und 21, und, der Kondensator entlädt sich stoßartig über
die Erregerspule des Systems, was eine Deformation der bereits beschriebenen Kurzschlußwindung
zur Folge hat.
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9 Fig. 1 Anspr.