DE212958C

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Publication number: DE212958C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21c. GRUPPE

Dr. PAUL MEYER AKT.-GES. in BERLIN.

beeinflußten Magneten.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. August 1907 ab.

Schaltvorrichtungen mit zwei vom Netz selbsttätig beeinflußten, ungleichen Magneten sind durch die deutsche Patentschrift 144964 bekannt geworden. Während diese eine Konfaltvorrichtung beschreibt, bei welcher beide Magnete gleichzeitig arbeitsbereit sind, umfaßt der Gegenstand vorliegender Erfindung Schaltvorrichtungen mit zwei Magneten, welche nicht gleichzeitig arbeitsbereit sind, und bei welchen durch das Arbeiten des einen der andere erst in Arbeitsbereitschaft versetzt

wird. . · ■ .

Die in der deutschen Patentschrift 47158

und der britischen Patentschrift 27618 vom Jahre 1902 beschriebenen Schaltvorrichtungen besitzen mechanisch starr miteinander gekuppelte Anker, so daß eine Bewegung des einen Ankers stets die entsprechende Bewegung des anderen hervorruft.

Weiter ist ein Transformatorschalter bekannt geworden, bei welchem beide Magnete nicht unmittelbar vom Netz gespeist, sondern durch ein Kontakt-Amperemeter eingeschaltet werden. Die Verwendung eines derartigen Zwischenapparates hat aber eine Betriebsunsicherheit zur Folge und bedingt "ferner eine relativ unempfindliche Einstellung des Apparates, weil mit einem Apparate die beiden Operationen des Zu- und Abschaltens bestimmt werden.

Gegenüber anderen bekannten Vorrichtungen, bei welchen ebenfalls zwei Magnete verwendet werden, welche nicht gleichzeitig arbeitsbereit sind, unterscheidet sich vorliegende Erfindung dadurch, daß die ungleichen Magnete vom Netz, ζ. Β. durch Veränderung der Stromstärke oder der Spannung, selbsttätig beeinflußt werden. Bei den anderen bekannten Vorrichtungen mit zwei nicht gleichzeitig arbeitsfähigen Magneten, wie z.B. der Ein-und Ausschaltevorrichtung für selbsttätige Schalter, geschieht die Beeinflussung entweder beider Magnete oder eines derselben durch eine äußere, von dem Zustande des Netzes unabhängige Einwirkung, beispielsweise durch Schließen eines Druckknopfes.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß zwei ungleiche Magnete so miteinander kombiniert sind, daß jederzeit nur einer derselben arbeitsbereit ist, während der andere am Arbeiten verhindert ist, und daß, sobald der erste seine Arbeit vollendet hat, er dadurch den zweiten in den arbeitsfähigen Zustand versetzt, · während er selbst nicht arbeitsfähig bleibt. .

Die Magnete, welche in Frage kommen, lassen sich in zwei große Klassen einteilen, nämlich Minimalmagnete und Maximalmagnete. Bei ersteren ist in der Ruhestellung der Anker angezogen, bei Verringerung der Erregung wird er losgelassen und vollbringt durch seine Bewegung vom Magneten weg den · Arbeitshub. In der losgelassenen Stellung ist der magnetische Widerstand des Kreises we-

sentlich größer geworden, so daß bei Rückkehr der normalen Erregung der Anker nicht wieder angezogen werden kann. Um den Anker in seine Ruhelage zurückzubringen, d. h. ihn wieder arbeitsfähig zu machen, ist es erforderlich, die Erregung des Magneten künstlich zu verstärken, beispielsweise indem man vorübergehend einen Vorschaltwiderstand, welcher gewöhnlich vor der Wicklung des Ma- gneten liegt, kurzschließt, oder indem man vorübergehend eine Hilfswicklung einschaltet, welche die Erregung des Magneten verstärkt. Es kann auch schließlich die Zurückführung des Ankers in seine Ruhelage auf mechanischem Wege erfolgen.

Der Maximalmagnet hat im Ruhezustande seinen Anker losgelassen und zieht ihn bei steigender Erregung an. Hierdurch wird sein Arbeitshub vollendet, der magnetische Widerstand verringert, so daß bei Rückkehr' der normalen Erregung der Anker nicht losgelassen wird. Wenn der Maximalmagnet seinen Anker angezogen hat, ist er demnach nicht arbeitsfähig. Das Loslösen des Ankers kann mechanisch oder magnetisch erfolgen, in letzterem Falle z. B., indem die Erregung des Magneten vorübergehend geschwächt oder ausgeschaltet wird.

Außer diesen beiden großen Klassen der Elektromagnete kann man dieselben auch nach der Art ihrer Erregung einteilen und unterscheidet demnach Magnete mit Stromwicklung, mit Spannungswicklung und solche mit gemischter Wicklung.

Nach der Erfindung sind nun zwei' ungleiche Magnete zu kombinieren, beispielsweise ein Maximalmagnet mit Spannungswicklurig und ein Minimalmagnet mit Spannungswicklung oder ein Minimalmagnet mit Spannungswicklung und ein Minimalmagnet mit Stromwicklung usw. Es können alle möglichen Kombinationen vorgenommen werden.

Die Magnete können zur Erzeugung mechanischer Arbeit oder zur Schaltung elekirischer Stromkreise verwendet werden. Im letzteren Falle kann beispielsweise der eine Magnet einen Nutzstromkreis schließen oder öffnen, während der zweite Magnet nicht unmittelbar zur Arbeitsleistung benutzt wird, sondern nur mittelbar, durch Zurückführung des ersten Magneten in die Ruhelage, wirkt. Es ist natürlich auch möglich, beide Magnete unmittelbar nutzbar zu machen, indem man jeden derselben auf einen Nutzstrom kreis einwirken und gleichzeitig den anderen Magneten beeinflussen läßt.

Das Wesen und die Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung lassen sich am besten an Hand einiger Beispiele erläutern.

Fig. ι zeigt schematisch die Verwendung der Erfindung als selbsttätiger Belastungsregler mit einer Stufe. Derartige Regler werden beispielsweise bei Wasserkraft- oder Windkraftanlagen benutzt, um eine schädliche Erhöhung der Drehzahl zu vermeiden, wenn die Dynamomaschine ganz oder teilweise entlastet wird. An die Klemmen der Maschine bzw. die Sammelschienen des Netzes, welche mit + und — bezeichnet .sind, sind die beiden Magnete A und B angeschlossen, und zwar in der Weise, daß die Erregung des Maximalmagneten A über einen vom Minimalmagneten· B im Ruhezustande geschlossenen Schal- ter S₂ an das Netz gelegt ist. Der Anker des Magneten .4 bewegt einen Umschalter S₁, weleher im Ruhezustande in der ausgezogen gezeichneten Lage steht. Wie ersichtlich, ist im Ruhezustande des Magneten A der. Vorschaltwiderstand ν der Erregung für den Minimalmagneten B kurzgeschlossen. Infolgedessen ist der Minimalmagnet B übererregt und hält selbst bei sinkender Spannung seinen Anker fest und den Schalter S₂ geschlossen. Wenn nun die Spannung des · Netzes über eine gewisse Grenze steigt, so zieht der Maximalmagnet A seinen Anker an und legt den Umschalter in die gestrichelte Lage. Hierdurch wird einerseits der Belastungswiderstand W an das Netz gelegt, andererseits der Kurzschluß des Vorschaltwiderstandes ν aufgehoben, so daß der Minimalmagnet B in arbeitsfähigen Zustand versetzt wird. Wenn jetzt die Spannung wesentlich sinkt, so wird der Magnet B seinen Anker loslassen und hierdurch den Schalter s_a öffnen. ■ Damit ist die Erregung des Maximalmagneten A unterbrochen. Derselbe läßt seinen Anker los, und der Umschalter kommt in die vorherige, ausgezogene Stellung, während gleichzeitig der Magnet B infolge der jetzt eintretenden Übererregung den Schalter s₂ wieder schließt, ohne daß der Magnet A nunmehr 'noch imstande sein würde, den Schalter S₁ von neuem anzuziehen.

Hierdurch ist der Ruhestand wiederhergestellt. .·..■■

Während in diesem Beispiele zwei Spannungsmagnete, und zwar ein minimaler und ein maximaler verwendet sind, zeigt das folgende Beispiel (Fig. 2) die Anwendung der no Erfindung, auf einen Strom- und einen Spannungsmagneten, welche beide als Minimalmagnete ausgebildet sind. Auch der Verwendungszweck ist in diesem Beispiele anders gewählt. Es soll nämlich die Anwendung des Erfindüngsgedankens auf einen selbsttätigen Transformatorenschalter dargestellt werden. Die Wechselstrommaschine D speist ein Netz mit den Sammelschienen I₁II. Von diesen wird ein zweites Netz mit den. Sammelschie-

nen III, IV durch Transformatoren betrieben, und zwar liegt der eine Transformator T₁ dauernd an den beiden Schienenpaaren, während der zweite Transformator T₂ mit Hilfe eines Ausschalters S von beiden Schienensystemen abgetrennt werden kann. Dieser Ausschalter S wird durch zwei Magnete M₁, M₂ gesteuert in der Weise, daß er bei Erregung des Magneten M₁ geschlossen, bei Erregung

ίο des Magneten M₂ geöffnet wird. Zur Vermeidung des Verlustes durch Leerlaufsarbeit des großen Transformators To, soll dieser ausgeschaltet werden, wenn die Belastung der Sammelschienen III, IV gering ist, und züge-' schaltet werden, wenn durch Überlastung des Transformators T₁ die Spannung zwischen den Sammelschienen III, IV sinkt. Zum Zuschalten, d. h. zur Erregung des Magneten M₁, dient der Minimalmagnet mit Spannungswicklung A, welcher mittels eines Vorschaltwiderstandes V₁ an den Schienen III, IV liegt. Zur Ausschaltung mittels des Magneten M₂ dient

! . der Minimalmagnet B, welcher von einem Stromwandler über den Vorschaltwiderstand V₂ gespeist wird und demnach eine Stromwicklung besitzt. Die Magnete A und B sind so verkettet, daß, wenn der Magnet A in seiner Ruhelage und arbeitsfähig ist, durch Schließung des Schalters S₁ der Vorschaltwiderstand V₂ des Magneten B. kurzgeschlossen, somit der letztere übererregt ist und seinen Anker angezogen hält. Der Schalter S₂ bleibt demnach geöffnet, der Vorschaltwiderstand V₁ des Magneten A ist nicht kurzgeschlossen und der Magnet A arbeitsfähig. Sinkt nun die Spannung an den Sammelschienen III, IV, so läßt der Magnet A seinen Anker los und legt den Umschalter S₁ in die punktierte Stellung, während der Ausschalter s\ geöffnet wird. Hierdurch wird einerseits der Einschaltungsmagnet M₁ erregt, andererseits der Kurzschluß des Vorschaltwiderstandes V₂ für den Minimalmagneten B unterbrochen, so daß nunmehr dieser arbeitsfähig wird. Sinkt jetzt wiederum die Leistung des Netzes, d. h. die Stromstärke, unter einen gewissen Betrag, so wird die Erregung des Minimalmagneten B ausreichend geschwächt, sein Anker fällt herab und schließt den Schalter S₂. Dadurch wird der Vorschaltwiderstand ^₁ des ersten Magneten A kurzgeschlossen, dieser übererregt, sein Anker angezogen, Schalter S₁ umgelegt und. s ^geschlossen. Das hat die Erregung des Ausschaltmagneten M₂ sowie den Kurzschluß

von V₂ und damit die Übererregung des Magneten B zur Folge, so daß dieser den Schalter s₂ von neuem Öffnet. Hiernach ist der Ruhezustand wiederhergestellt.

Die vorhergehenden Beispiele betrafen einstufige Regler. Man kann nun durch Wiederholung einzelner Teile der Vorrichtung mehrstufige Regler schaffen, und zwar ist es möglich, entweder mehrere Magnete erster Art mit· einem Magneten zweiter Art zu kombinieren, so daß die Rückführung sämtlicher Magnete erster Art in den Ruhezustand durch den einen Magneten zweiter Art gleichzeitig erfolgt, oder es ist möglich, das ganze System beliebig oft zu wiederholen, so daß jedem Magneten erster Art ein Magnet zweiter Art entspricht, und nur die verschiedenen, aufeinander folgenden Systeme in gewünschter Weise miteinander verkettet sind.

Eine Ausführungsform der ersten Möglichkeit zeigt Fig. 3, und zwar an einem selbsttätigen Belastungsregler mit drei Belastungsstufen und selbsttätiger Gefahrmeldung. Hier sind vier Magnete erster Art A₁, A₂, A₃, A_i mit einem Magneten zweiter Art B₁ kombiniert. Die Magnete erster Art sind Maximal-Spannungsmagnete, der Magnet zweiter Art ist ein Minimalspannungsmagnet. Die Erregungen sämtlicher Magnete erster Art werden durch das Arbeiten des Magneten zweiter Art unterbrochen, so daß sämtliche Magnete erster Art gleichzeitig in ihren Ruhezustand gelangen. Die Magnete erster Art A₁, A₂ usw. sind derart miteinander verkettet, daß jeder Magnet durch sein Arbeiten den nächsten Magneten in den arbeitsfähigen Zustand versetzt. Entsprechend dem Zweck des Apparates ist hier jedoch die Anordnung so getroffen worden, daß, sobald der erste Magnet erster Art A₁ gearbeitet hat, der Ausschaltemagnet B₁ arbeitsfähig wird. Es sind also nach dem Arbeiten des Magneten A¹ zwei Möglichkeiten gegeben, nämlich Zuschalten einer neuen Belastungsstufe durch den Magneten A₂ oder Abschalten der vorher eingeschalteten Stufe durch den Magneten B₁. In den Zwischenstellungen, d. h. wenn die Magnete A₂, A₃ und A^ arbeitsbereit sind, sind demnach sowohl ein Magnet erster Art als auch der Magnet zweiter Art arbeitsfähig. In der Anfangsstellung dagegen ist nur der erste Magnet erster Art A₁ arbeitsfähig, während alle übrigen Magnete gesperrt sind. Um die Mannigfaltigkeiten der Anwendungen zu zeigen, ist bei dem letzten Magneten erster Art A₁^ angegeben, daß derselbe einen Signalapparat und einen selbsttätigen Ausschalter beeinflußt. Er kann auch beispielsweise unmittelbar auf die Antriebsmaschine der Dynamomaschine wirken, indem er die Regelungsorgane derselben verstellt.

Ein Beispiel der Kombination mehrerer Magnete erster Art mit mehreren Magneten zweiter Art bietet Fig. 4, welche einen selbsttätigen Belastungsregler mit stufenweiser Ein- und Ausschaltung darstellt. Die Magnete

erster Art A₁, A₂, A₃ sind Maximalspannungsmagnete, die Magnete zweiter Art B₁, B₂, B₃ Minimalspannungsmagnete. Im Ruhezustand ist nur der erste Magnet erster Art A₁ arbeitsfähig. Hat derselbe seinen Anker angezogen, so wird außer der Einschaltung der ersten Belastungsstufe der Kurzschluß des Vorschaltwiderstandes für den Magneten B₁ aufgehoben und dieser arbeitsfähig gemacht, gleichzeitig - aber auch die Erregung des zweiten Magneten erster Art A₂

eingeschaltet

dieser in arbeitsfähigen Zustand versetzt. Steigt die Spannung weiter, so erfolgt die Zuschaltung der zweiten Belastungsstufe durch den Magneten A₂, sinkt die Spannung, so erfolgt Abschaltung der ersten Stufe durch den Magneten B₁. Die weitere Schaltung ist nach dem Vorhergehenden aus der Zeichnung leicht verständlich. Wenn einer der beiden äußersten Magnete, nämlich der erste erster Art A₁ oder der letzte zweiter Art S₃ arbeitsfähig sind, ist keiner der anderen gleichzeitig arbeitsfähig. In ersterem Falle ist nur ein Zuschalten, in letzterem nur ein Abschalten möglich. In allen Zwischenstellungen sind gleichzeitig zwei ungleiche Magnete arbeitsfähig. Dieselben gehören aber nicht derselben Stufe an. So kann beispielsweise der zweite Magnet zweiter Art und der dritte Magnet erster Art gleichzeitig arbeitsfähig sein, dagegen nicht beide Magnete des zweiten Systems, d. h. der zweite Magnet erster Art und der zweite Magnet zweiter Art. Der Grundgedanke der Erfindung ist also auch hier jederzeit gewahrt.

In Fig. 5 ist die Anwendung der Erfindung auf eine Reklameschaltung dargestellt. Es sind beispielsweise zwei Systeme ungleicher Magnete A₁, B₁ und A₂, B₂ vorhanden. Dieselben wirken in der Weise, daß erst durch den Magneten A₁ die Lampe L₁ eingeschaltet, sodann durch den Magneten JS₁ der Magnet A₁ zum Loslassen gebracht wird und die Lampe L₁ erlischt, während der Magnet B₁ gleichzeitig mit der Ausschaltung des Magneten A₁ einen Stromkreis für einen Steuermagneten M schließt, welcher den Hilfsschalter H um eine Teilung vorwärts dreht. Hierdurch wird ein Zusatzwiderstand Z₁, welcher in Reihe mit der Wicklung des Magneten A₁ liegt und vorher kurzgeschlossen war, freigegeben und gleichzeitig der vorher freigegebene Zusatzwiderstand Z₂ von dem Magneten A₂ kurzgeschlossen. Nunmehr ist der Magnet A₁ am Arbeiten verhindert, und es arbeitet der Magnet Α._Δ. Derselbe bringt die Lampe L₂ zum Leuchten. Jetzt wirkt aber der Magnet B₂ und führt den Magneten A₂ in seine Ruhelage zurück, wodurch die Lampe L₂ erlischt; gleichzeitig wird wieder dem Magneten M ein Impuls gegeben, der Hilfsschalter H um eine Teilung gedreht und nunmehr das erste System von neuem arbeitsfähig. Durch diese Schaltung wird also ein abwechselndes Aufleuchten und Erlöschen der Lampen oder Lampengruppen L₁, L₂ erzielt.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Selbsttätig wirkende Schaltvorrichtung mit zwei vom Netz selbsttätig beeinflußten, nach Schaltnngs- und Wiikungsweise ungleichen Magneten, die zwri voneinander getrennte Anker besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden unmittelbar vom Netz beeinflußten Magneten nur jeweilig einer arbeitsbereit ist und durch sein Arbeiten den anderen in Arbeitsbereitschaft versetzt.

2. Selbsttätig wirkende Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß einer der beiden Magnete einen Nutzstromkreis schließt, den der andere durch Zurückiührung des ersten Magnetankers in die Anfangslage wieder öffnet.

3. Selbsttätig wirkende Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Magnete einen Nutzstromkreis schließt und der andere Magnet einen zweiten Nutzstromkreis schließt sowie den ersten Nutzstromkreis durch Zurückführung des ersten Magnetankers in die Anfangslage wieder öffnet.

4. Selbsttätig wirkende Schaltvorrich-' tung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Magnete einer Art mit einem Magneten anderer Art so zusammenarbeiten , daß der Magnet der zweiten Art sämtliche Magnete der ersten Art in die arbeitsfähige Lage bringt.

5. Selbsttätig wirkende Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Magnete einer Art mit einem Magneten anderer Art so zusammenarbeiten , daß nach dem Arbeiten eines Magneten der ersten Art entweder der folgende Magnet der ersten Art oder der Magnet der zweiten Art arbeiten kann, so daß entweder eine ' stufenweise fortschreitende Betätigung der Magnete der ersten Art oder zu beliebiger Zeit eine Zurückführung der Anker sämtlicher betätigten Magnete der ersten Art in ihre Anfangsstellung durch den Magneten .der zweiten Art erfolgt.

6. Selbsttätig wirkende Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Systeme, welche aus je einem Magneten einer Art und einem Magneten anderer Art bestehen, in beliebiger Weise zusammenarbeiten.

■ ?. Selbsttätig wirkende Schaltvorrichtung nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Magnete einer Art (A₁, A₂, A₃) (Fig. 4) mit ebenso vielen Magneten anderer Art (B₁, B₂, B₃) so zusammenarbeiten, daß nach dem Arbeiten eines Magneten der ersten Art entweder der zugehörige Magnet der zweiten Art oder der nächste Magnet der ersten Art arbeiten kann, und daß jeder.Magnet der zweiten Art nur den Anker des zugehörigen Magneten der ersten Art in seine Anfangslage zurückführt, so daß beide Reihen der verschiedenartigen Magnete nur stufenweise wirken können, und daß in den äußersten Stellungen, d. h. während der Arbeitsbereitschaft des ersten Magneten der ersten Art (A₁) oder des letzten Magneten der zweiten Art (B₃J, die übrigen Magnete nicht arbeitsbereit sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.