-
Wechselstromschütz Die Erfindung betrifft einen Wechselstromschütz,
dessen bewegliche Kontaktanordnung mit einem beweglichen Magnetkernteil kraftschlüssig
verbunden ist, und bei welchem für mindestens einen Pol seines Magnetkerns ein Kurzschlussring
vorgesehen ist, von dem ein Ringteil in einer in der Polfläche befindlichen Nut
liegt.
-
Bei Schützen gebräuchlicher Bauart besteht beispielsweise der Magnetkern
aus zwei E-förmigen Teilen, von welchen der eine fest und der andere beweglich angeordnet
ist. Am beweglichen Magnetkernteil ist eine Traverse befestigt, wobei zur Befestigung
zusätzliche Halteteile, wie Gestänge erforderlich sind, wenn im Schütz zwischen
dem beweglichen Magnetkernteil und den SchaltstUcken der feststehende Magnetkernteil
liegt. Die Traverse trägt entweder selbst die federnd gelagerten Kontaktbrücken
oder die Kontaktbrücken sind am Schützgehäuse befestigt und durch Stössel betätigbar,
welche unter Federdruck stehen und den in Führungen geführten beweglichen Magnetkernteil
in Ruhestellung gegen einen den Schaltweg begrenzenden Anschlag drücken. Der mittlere
Schenkel des Magnetkernes trägt die Magnetspule und an den Pol- oder Zugflächen
der Aussenschenkel sind Kurzschlussringe angeordnet.
-
Ein Kurzschlussring hat bekanntlich den Zweck, bei Wechselstromerregung
der Magnetspule im Magnetkern einen magnetischen Nebenfluss zu erzeugen, welcher
gegenüber dem Hauptfluss phasenverschoben ist, so dass auf den beweglichen Magnetkernteil
auch bei den Null-Durchgängen des Wechselstromes von den Magnetpolen eine ausreichend
starke Zugkraft ausgeübt wird, die das durch periodische Zugkraftschwankungen hervorgerufene
Brummen des Schützes verhindert. Der aus elektrisch leitendem Material, beispielweise
aus Kupfer oder Messing bestehende Kurzschlussring teilt die Zugfläche des Magnetpols
in zwei Teilflächen, durch welche der Haupt- und Nebenfluss führt. Um eine optimale
Wirkung zu erzielen, müssen bei Jedem Magnet Haupt- und Nebenfluss in einem bestimmten
Verhältnis zueinander stehen. Dieses Verhältnis lässt sich im allgemeinen nicht
genau genug errechnen, sondern muss von Fall zu Fall empirisch bestimmt werden,
wobei diese Optimierung durch Variation der Grössen beider Teilflächen, der Kurzschlussring-Materialien
und der Kurzschlussring-Querschnitte geführt wird. Beim Einschalten eines Schützes
treten an den Polen des Magnetkernes erhebliche Schlagkräfte auf, welchen auch der
Kurzschlussring ausgesetzt ist. Um dem Kurzschlussring trotz dieser Einschaltschläge
eine dem Schütz entsprechende Lebensdauer zu geben, sind verschiedene Konstruktionen
vorgeschlagen und durchgeführt worden. Bekannt sind z.B. einfache Kurzschlussringanordnungen,
bei welchen der Kurzschlussring in im Magnetpol befindliche Nuten eingepresst, eingeklebt
oder verstemmt wird. Um das bei diesen Anordnungen auftretende Zerschlagen der Kurzschlussringe
durch die häufigen Schläge des beweglichen Kernteiles zu vermei den, ist'man dazu
übergegangen, den Kurzschlussring mittels schwingungsdämpfender elastischer oder
federnder Zwischenglieder am feststehenden Magnetkernteil selbst oder am Schützgehäuse
zu befestigen, wobei meist wiederum eigene Trägerteile benutzt werden. Oft entspricht
die für optimale Brummbeseitigung benötigte Form und Anordnung des Kurzschlussringes
nicht der für eine befriedigende mechanische Festigkeit gewUnschten-, so dtass man
zu Kompromisslösungen gezwungen ist. Besonders nachteilig Jedoch ist neben der erforderlichen
grösseren Anzahl von Einzelteilen die
wesentlich aufwendigere -Montage
des Schützes. In dieser und auch anderer Hinsicht ist bei-bekannten Schützen nicht
nur die Anordnung und Ausbildung der Kurzschlussringe, sondern auch die Halterung
und Führung der Kontaktbrücken sowie die Halterung und Ausbildung der Festkontakte
mit gewissen Nachteilen behaftet.
-
Bei Schliesskontakten ist es beispielsweise bekannt, die Kontaktbrücken
in Bügeln, welche in der Kunststofftraverse vorgesehen sind, zu führen und zu halten,
wobei eine im Bügel angeordnete und gegen Herausfallen gesicherte Spiralfeder die
Kontaktbrücke gegen den unteren Steg des Bügels drückt. Abgesehen davon, dass ein
derartig ausgebildeter Kunststoffteil mit Seitenzug in derHerstellung verhältnismässig
teuer ist, ist die Höchsttemperatur an der Kontaktbrücke durch die Temperaturbeständigkeit
des verwendeten Kunststoffes begrenzt und es treten durch den Kunststoffabrieb Kontaktverschmutzungen
auf, die zu einem Au;sfall des Schützes führen können. Bei einer anderen bekannten
Ausführung ist in die Kunststofftraverse für jede Kontaktbrücke ein Metallstift
eingepresst. Die eine entsprechende Bohrung aufweisende Kontaktbrücke ist auf den
Metallstift lose aufgeschoben und wird von einer sich am freien Ende des Metallstiftes
abstützenden Feder an die Traverse angedrückt. Für Anordnungen mit austauschbaren
Kontaktbrücken werden als Kontaktdruckfedern vorzugsweise Blattfedern benutzt, was
zu verhältnismässig aufwendigen Konstruktionen führt und zudem sind die benötigten
Einpressteile ebenfalls teuer in der Herstellung. Bekannt ist ferner auch, die Kontaktbrücke
in der Traverse mittels eines Bajonettverschlusses zu halten. Die Traverse ist ein
Kunststoffteil mit U-förmigem Querschnitt und trägt an ihrer Stirnfläche für Jede
Kontaktbrücke Ansätze zur Führung. Der Verschlussteil ist ein Metallstift mit Köpfen
an seinen Enden, zwischen welchen die Kontaktandruckfeder gelagert ist. Bei der
Montage wird der eine abgeflachte Kopf durch ein in der Kontaktbrücke und in der
Stirnfläche der Traverse befindliches Langloch gedrückt und der Stift um 90° gedreht,
so dass der Verschluss-.
-
teil gegen Herausfalien gesichert ist und die Kontaktandruckfeder
die Kontaktbrücke an die Traverse andrückt. Da die Kontaktbrücke direkt an der Kunststofftraverse
anliegt, ist die höchstzulässige
Erwärmung der Kontaktbrücke wiederum
durch die Temperaturbeständigkeit des Kunststoffes bestimmt. Wegen der erforderlichen
Drehung des Verschlussteiles muss in der Kontaktbrücke das Langloch ausreichend
breit sein, was zu einer nachteiligen Strombahnverengung führt.
-
Bekannte Festkontakte bestehen beispielsweise aus einem Metallstreifen,
welcher in Form eines U gebogen ist. Der eine Arm trägt die Kontaktplättchen, der
andere ist zu einer Kontaktfahne oder Messerkontaktteil abgebogen, welcher aus dem
Schützgehäuse herausragt. Der Kontaktstift ist z.B. durch zwei Gehäuseteile gehalten,
wobei der die beiden Kontaktstiftarme verbindende Steg durch eine am einen Gehäuseteil
abgestützte Spiralfeder an den andern Gehäuseteil angedrückt wird. Zur Führung des
Kontaktstiftes trägt dieser Gehäuseteil einen Führungsnocken, welcher in einer entsprechenden
Einbuchtung am Steg des U-Teiles einrastet.
-
Solche Biegeteile haben verhältnismässig grosse Toleranzen und müssen
oft nachgestellt werden. In das Gehäuse eingelegte und vergossene Festkontaktstifte
sind nicht austauschbar und haben nur einen geringen Federweg. Erfolgt die Befestigung
der Kontaktstifte durch Nieten, so besteht die Gefahr, dass das Gehäuse beim Vernieten
mechanisch beschädigt und unbrauchbar wird. Ein Anschrauben der Kontaktstifte hingegen
führt wiederum zu einer aufwendigen Montage.
-
Zweck der Erfindung ist ein Wechselstromschütz mit Kurzschlussringen,
bei welchem die Kurzschlussringe praktisch zerstörungsfrei sind, so dass eine inbezug
auf das ganze Schütz ausreichend lange Lebensdauer gewährleistet ist, bei welchem
eine Optimierung leicht und unabhängig von der Kurzschlussring-Montage durchgeführt
werden kann und welches möglichst wenige, einfach herstellbare und leicht montierbare.Einzelteile
enthält.
-
Das erfindungsgemässe Wechselstromschütz mit mindestens einem Kurzschlussring,
von dem ein Ringteil in einer in der Polfläche befindlichen Nut liegt, ist dadurch
gekennzeichnet, dass
der Kurzschlussring durch den beweglichen Magnçtkernteil
bewegbar angeordnet ist und der Ringteil sowie die Nut in ihren Querschnitten derart
bemessen sind, dass in jeder Schaltstellung des beweglichen Magnetkernteiles der
Ringteil berührungsfrei in die Nut eintaucht.
-
Die mechanisch beanspruchte Stelle dieser Kurzschlussringanordnung
ist die Kupplung mit dem beweglichen Magnetkernteil. Da diese für den gewünschten
Stromfluss im Kurzschlussring nicht allein massgebend ist, kann die Anordnung-von
beweglichem Magnetkernteil und Kurzschlussring mechanisch ausreichend widerstandsfähig
ausgebildet und so konstruiert werden, dass die auftretenden Schlagkräfte auf den
Kurzschlussring möglichst unschädlich sind.
-
Insbesondere kann die Kurzschlussringanordnung in Führungen geführt
und der bewegliche Magnetkernteil in ihr gelagert sein, so dass besondere Führungsteile
für den beweglichen Magnetkernteil bzw. Halteteile für die Kurzschlussringanordnung
überflüssig werden. Bei Schützen, bei welchen die bewegliche Kontaktanordnung nicht
direkt auf dem beweglichen Magnetkernteil befestigt ist, kann die kraftschlüssige
Verbindung beider durch die Kurzschlussringanordnung gebildet sein, so dass weitere
Einzelteile eingespart werden können.
-
Mit diesen Massnahmen ist es möglich, insbesondere Schütze, bei welchen
ein feststehender E-Magnetkern zwischen dem beweglichen Magnetkernteil und den Schaltstücken
angeordnet ist, auf besonders einfache und rationelle Weise herzustellen. Der bewegliche
Magnetkernteil kann an seinen beiden Enden in aus Flachmaterial bestehenden und
in Führungen am Schutzgehäuse gleitenden Kurzschlussringen gehalten sein, wobei
die Kurzschlussringe vorzugsweise über die Magnetpole des E-Magnetkernes vorstehende
Tragansätze aufweisen, deren Enden durch eine Traverse aus elektrisch isolierendem
Material verbunden ist. Die beispielsweise durch Stanzen herstellbaren Kurzschlussringe
übernehmen damit gleichzeitig
die Halterung und Führung des beweglichen
Magnetkernteiles sowie die kraft schlüssige Verbindung desselben mit der beweglichen
Kontaktanordnung über die Traverse. Die Schaltschläge wirken hierbei auf die Innenkanten
der die Polenden des beweglichen Magnetkernteiles umschliessenden Kurzschlussringe
und zwar hauptsächlich auf die quer zur Bewegungsrichtung des Kurzschlussringes
verlaufenden Ringteile. Da aus konstruktiven Gründen'dle der Führung dienenden seitlichen
Ringteile und der bei Jeder Schaltstellung des beweglichen Magnetkernteiles in die
Nut eintauchende Quer-Ringteil ausreichend breit sein müssen und der andere Quer-Ringteil
genügend breit gewählt werden kann, sind die Kurzschlussringe kräftig genug, um
diese Schlagbeanspruchung auszuhalten.
-
Die Tragansätze jedes Kurzschlussringes können selbst als Ring ausgebildet
sein, welcher den entsprechenden Pol des E-Magnetkernes berührungsfrei umschliesst,
so dass bei Erregung-der Magnetspule im Kurzschlussring zwei Strombahnen vorhanden
sind, welche im in die Nut eintauchenden Ringteil parallel verlaufen.
-
Dieser Parallel-Strompfad verringert den elektrischen Widerstand
des Kurzschlussringes und erleichtert die Anpassung der Kurzschlussringe für optimale
Betriebsbedingungen gemäss der Erfindung.
-
Ein Ausführungsbeispiel eines Wechselstromschützes gemäss der Erfindung
ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt.
-
Es zeigen Fig. 1 im Querschnitt ein Wechselstromschütz mit einem zweischen
dem beweglichen Magnetkernteil und den Schaltstücken angeordneten E-Magnetkern,
mit Schliesskontakten und mit einer in einer Traverse gehaltenen Kontaktbrücke,
Fig. 2 eine andere Ausführung der Kontaktbrückenhalterung, und Fig. 3 einen im wesentlichen
in der Magnetkernebene verlaufenden Schnitt durch das Wechselstromschütz der Figo
1
Im Schützgehäuse l'ist der E-Magnetkern 2 im wesentlichen unverrückbar
unter Zwischenschaltung einer Dämpfung, z.B. einer Feder 37 angeordnet. Sein Mittelschenkel
3 trägt die Magnetspule 4. Die von den Polschenkeln 5 des E-Magnetkern 2 seitlich
abstehenden Polenden 6 weisen Pol- oder Anzugsflächen 7 auf, auf welche der entsprechende
Anzugsflächen 8 tragende bewegliche Magnetkernteil 9, welcher ebenfalls E-förmig
ausgebildet ist, aufschlägt, wenn die Magnetspule 4 erregt wird. An jedem Ende des
beweglichen Magnetkernteiles 9 befindet sich ein Kurzschlussring 10. Die beiden
Kurzschlussringe sind gleich und haben die in Fig.
-
1 ersichtliche Form: ein flacher, ebener, rechteckiger Metallteil
aus elektrisch leitendem Material, wie Hartkupfer oder Messing, mit zwei Oeffnungen
12 und 13, welche voneinander durch einen Quersteg oder Ringteil 11 getrennt sind.
Die Kurzschlussringe lo sind in an den Innenflächen des Schützgehäuses und/oder
des Gehäusedeckels 14, beispielsweise durch Nute oder Stege gebildete Führungen
15 in Bewegungsrichtung des beweglichen Magnetkernteiles 9 verschiebbar angeordnet.
Der in Fig. 1 obere Teilring mit der Oeffnung 12 umschliesst jeweils ein Ende des
beweglichen Magnetkernteiles 9 und der untere Teilring mit der Oeffnung 13 ein abstehendes
Polende 6 des E-Magnetkernes 3, wobei diese Oeffnung 13 so gross ist, dass bei den
Schaltbewegungen des beweglichen Magnetkernteiles 9 keine Berührung des Kurzschlussringes
mit den Polenden 6 des'E-Magnetkernes sG!.tfindet. Beide seitlichen Magnetpole des
E-Magnetkernes 2 weisen je eine Nut 16 auf, welche seine Anzugsfläche 7 in zwei
Teile teilt und die so ausgerichtet und im Querschnitt bemessen ist, dass beim Anzug
des beweglichen Magnetkernteiles 9 der Quer-Ringteil 11 des zugehörigen Kurzschlussringes
10 in sie berührungsfrei eintaucht. Am in Fig. 1 unteren Ende weist jeder Kurzschlussring
10 z.B. hakenförmige Trägerteile 17 auf, zwischen die eine entsprechend profilierte
Traverse 18 die Kurzschlussringe 10 verbindend eingeschoben ist Der bewegliche Magnetkernteil
9, die beiden Kurzschlussringe 10 und diese Traverse 18 bilden so einen in Führungen
verschiebbaren Rahmen, innerhalb dessen der E-Magnetkern 2 angeordnet ist. Die Traverse
18 ist ein Formteil aus elektrisch isolierendem Material,
vorzugsweise
aus Kunststoff, und ist der vorgesehenen Anzahl Schaltelemente entsprechend lang.
Die beiden Enden der Traverse 18 stützen sich auf Rückdruckfedern 19 ab, welche
den aus Traverse 18, Kurzschlussringen 10 und beweglichem Magnetkernteil 9 gebildeten
Rahmen gegen z.B. im Gehäusedeckel 14 befindliche Anschläge drücken, welche die
Ruhestellung des beweglichen Magnetkernteiles bestimmen.-Bei erregter Magnetspule
4 wird der bewegliche Magnetkernteil 9 vom E-Magnetkern 2 angezogen und die Traverse
18 wegen der kraftschlüssigen Verbindung über die Kurzschlussringe 10 im Sinne einer
Kontaktbetätigung bewegt. Der im Kurzschlussring 10 auf zwei parallele Strompfade,
welche in Fig. 1 durch strichlierte Pfeile angedeutet sind, aufgeteilte Strom erzeugt
im geschlossenen Magnetkern einen gegenüber dem Hauptfluss phasenverschobenen Nebenfluss.
Um eine optimale Wirkung der Kurzschlussringe, d.h.
-
Brummfreiheit und richtige Anzugskraft bei den Nulldurchgängen des
Spulenstromes zu erzielen, müssen, wie bereits erwähnt, der magnetische Haupt- und
Nebenfluss aneinander angepasst werden.
-
Diese Anpassung oder 1,Optimierung" kann bei der beschriebenen Schütz
ausführung vor allem wegen der im Kurzschlussring vorhandenen parallelen Strompfade
und der unabhängigen Variationsmöglichkeit der beiden Ringquerschnitte, sowie durch
Aenderung des Grössenverhältnisses der beiden durch die Nut 16 voneinander getrennten
Anzugsflächenteile durchgeführt werden. Fig. 3 zeigt, wie beispielsweise durch Abschrägen
von Kanten des Magnetpoles 5 die innere Anzugsfläche 7a gegenüber der äusseren verkleinert
und damit eine entsprechende Flussverteilung erreicht wird.
-
Das in Fig.l dargestellte Schütz enthält Schliesskontakte.
-
Bei jedem Kontaktelement werden bei erregter Magnetspule, d.h.
-
angezogenem beweglichem Magnetkernteil 9, die beiden im Schützgehäuse
1 einander gegenüberliegend befestigten Festkontaktstifte 27 durch eine Kontaktbrücke
20 elektrisch miteinander verbunden.
-
-Die Kontaktbrücke 20 ist mittels eines Trägerteiles 23 aus Metall
an der Traverse 18 befestigt. Der Trägerteil 23 besteht aus Flachmaterial
und
weist zwei gegeneinander federnde Schenkel 23a auf, welche dur h einen als Auflage
für die Kontaktbrücke 20 ausgebildeten Steg 22 verbunden sind. An den freien Enden
der Trägerteilschenkel 23a befinden sich Schnappnasen 25, durch welche der Trägerteil
in einer entsprechend geformten schmalen Oeffnung 26 in der Traverse 18 festgehalten
wird. Die Kontaktbrücke enthält ein schmales Langloch und ist auf den Trägerteil
23 lose aufgeschoben.
-
Eine sich an der Traverse 18 abstützende Feder 24 drückt die Kontaktbrücke
an Auflage des Steges 22. Diese Kontaktbrückenhalterung weist gegenüber üblichen
verschiedene Vorteile auf: der flache und verhältnismässig breite Trägerteil 23
gewährleistet ene sichere Führung, da er und das Langloch in der Kontaktbrücke mit
geringen Toleranzen hergestellt werden kann. Durch die hinreichend stabile Schnappverbindung
ist eine präzise Halterung sichergestellt und ein schnelles und leichtes Montieren
oder Austauschen der Kontaktbrücke ermöglicht. Wegen des schmalen Langloches in
der Kontaktbrücke ist die Strombahn in ihr nur wenig verengt. Die-Kontaktbrücke
steht nur mit Metall und nicht mit dem Kunststoff der Traverse in Berührung, so
dass keine Verschmutzung durch Kunststoffabrieb auftritt und höhere Brückentemperaturen
zulässig sind.
-
Fig. 2 zeigt eine etwas abgewandelte Kontaktbrückenhalterung. Der
Trägerteil 29 weist hier einen zusätzlichen Mittelschenkel 30 auf, welcher sich
bei montierter Halterung an der Traverse 18 abstützt. Als Auflage für die Kontaktbrücke
20 dienen die zwischen dem Mittelschenkel 30 und den Aussenschenkeln 29a liegenden
Stegkanten.
-
Die Festkontaktstifte 27 sind flache und ebene, untereinander gleiche
Metallteile. Jeder Festkontaktstift 27 weist einen oberen Kontaktarm 27a, an dessen
vorderem Ende auf die obere und/ oder untere Schmalkante eine Kontaktpille 28 aufgeschweisst
ist, und einen unteren Kontaktarm 27b, mit einer abgewinkelten, aus dem Schützgehäuse
1 herausragenden Kontakt fahne oder Messerkontaktteil 27d zum Anschliessen des SchUtzes
an Stromkreise auf.
-
Zur Halterung des Festkontaktstiftes 27 sind am Scliützgehäuse Führungsnuten
31 und 31a vorgesehen, in die der Festkontaktstift 27 eingeschoben wird. Eine Längsverschiebung
des Festkontaktstiftes 27 n der Nut 31 ist durch einen Nocken 32 am Schützgehäuse
1 und eine entsprechende Einkerbung 33 in der Aussenkante des Steg teiles 27c verhindert.
Die Einkerbung 33 liegt ungefähr in Höhe des oberen Kontaktarmes 27a und ist zusammen
mit dem Nocken 32 so geformt, dass der Festkontaktstift um den Nocken etwas gekippt
werden kann. Eine an einem inneren Gehäuseteil 34 abgestützte und am anderen Ende
an einer Nase 36 an der Innenkante des Stegteiles 27c gehaltene Feder 35 drückt
den Festkontaktstift in die Nut 31, so dass er sicher gehalten und geführt ist,
wobei für den Messerkontaktteil 27d jedoch ein gewisser Federweg gegeben ist.
-
Gegenüber bekannten Festkontaktstiften dieser Art, welche aus einem
Metallstreifen als Biegeteil geformt werden, weist der vorstehend beschriebene Festkontaktstift
die Vorteile auf, dass er leicht und mit geringen Toleranzen, vorzugsweise durch
Stanzen hergestellt werden kann und dass auch bei sehr langer Benutzung keine Verformungen
auftreten.
-
Die Kurzschlussringe, Festkontaktstifte und Trägerteile sind für
die Kontaktbrücken einfach geformte Stanzteile und können daher mit geringen Toleranzen
billig in Serienfabrikation hergestellt werden. Durch die Halterung des beweglichen
Magnetkernteiles in geführten Kurzschlussringen und die kraftschlüssige Verbindung
von beweglichem Magnetkernteil und beweglicher Kontaktanordnung über die Kurzschlussringe
werden hierzu üblicherweise benötigte zusätzliche Einzelteile eingespart. Durch
die einfache, schnell durchzuführende Montage der Kurzschlussringe, des beweglichen
Magnetkernteiles, der Festkontaktstifte und der Kontaktbrücken wird die im allgemeinen
für die Montage eines Schützes benötigte Arbeitszeit wesentlich verkürzt. Die besondere
Ausbildung der Kurzschlussringe, insbesondere für Schütze mit einem E-Magnetkern
gewährleistet, da praktisch kein Verschleiss der Kurzschlussringe auftritt, eine
lange Lebensdauer der Schütze bei
stets gleichbleibender Schalteigenschaft,
wobei zudem keine Verschmutzung der Kontakte durch Kunststoffabrieb und keine Vergrösserung
des Abstandes zwischen Kontaktbrücke und den Festkòntaktstiften infolge Verformung
derselben auftritt, so dass Betriebsausfälle im wesentlichen vermieden sind.
-
Alle diese Vorteile zusammengenommen zeigen, dass das erfindungsgemässe
Schütz in seinen betrieblichen Eigenschaften den bekannten Schützen dieser Art mindestens
gleichwertig, in der Herstellung jedoch billiger und rationeller ist.