DE2246053A1 - Lageunabhaengiger schuetz oder schalter - Google Patents

Description

Lageunabhängiger Schütz oder Schalter 2246053

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen durch Strom oder pneumatisch betätigten Schütz , der auch für höhere Nennstromstärken.verwendet werden kann und eine sehr flache Form sowie einen besonders geringen Eigenverbrauch hat.Beispielsweise kann die Bauh'dhe des erfindungsgeraässen mehrpoligen Schützes für die Normalstromstärken von 7L> oder 100 Amp. ,500 Volt Wechselstrom unter oOmm liegen.Ein weiterer Vorteil dieser Schütze, liegt in der Tatsache, dass sie lageunabhängig sind.

Die vorstehend genannten Vorteile werden durch die Kombination eines kleinen Elektromagneten mit einem Dauermagneten erreicht und zwar nach dem Prinzip das in dem französischen Patent 1591035 und seinem Zusatz 95S44 beschrieben ist und durch eine Konstruktions- oder Bau-Einheit, die bei Schützen oder Schaltern allgemein anwendbar ist und die gemäss einem Ausführungsbeispiel aus einem kammerf-örmigen rechteckigen Behälter in U-Form besteht, der aus Isoliermaterial oder nichtmagnetischem Metall hergestellt ist.Seine Länge ändert sich gemäss der Breite und der Anzahl der Pole des Gerätes und enthält mindestens ein Paar^vPolschuhe, die fest mit einem flachen, axialmagnetisierten Dauermagneten verbunden sind, die mindestens einem beweglichen Anker gegenüberliegen, der elastisch im Innern eines Deckels untergebracht ist, der die Form eines umgekehrten U besitzt, und dessen parallele Wandungen auf denen der oben genannten Kammer gleiten.Während der Behälter beispielsweise mit der Basis des Gerätes fest verbunden ist, kann der Deckel mit seinem ferromagnetischen Anker, der die beweglichen Kontakte des Gerätes trägt oder betätigt, entweder durch mindestens einen kleinen Elektromagneten betätigt werden, der vorzugsweise auf einer der kleinen Seiten der Gesamtheit "Behälter - Deckel" liegt, oder pneumatisch oder auch von Hand. Gemäss einer Besonderheit der Erfindung sind die Rückholfedern des Deckels in

dem Sehälter vorzugsweise zwischen den Mag^ten angeordnet. Nach einem anderen Merkmal der Erfindung sind die beweglichen Kontakte des Gerätes an dem Deckel angebracht und durch die gleiche Feder wie die Anker im Inneren des Deckels abgefedert.

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Zusammengefasst bilden der Behälter und ihr beweglicher Deckel einen Stossdämpfer, der die Stösse und das Prellen der beweglichen Kontakte bei Ihrer Einschaltung dämpft und den Verschleiss der Polschuhe auf ein Mindestmass verringert. Gleichzeitig sind die Magnete, die Polschuhe und die Anker gegen Verunreinugung geschützt.

Nach einer anderen AusfUhrungsforra haben der Behälter und sein Deckel eine zylindrische i/orm, wobei die beweglichen Kontakte des Gerätes entweder fest mit dem Deckel verbunden sind oder von diesem letzteren betätigt werden. Qeraäss einer anderen AusfUhrungsforra sind die Dauermagnete durch kleine Elektromagnete ersetzt, die in Serien- oder Parallelschaltung vorzugsweise durch Gleichstrom oder gleichgerichteten Wechselstrom gespeist werden.

Nach einer anderen Besonderheit der Erfindung wird der die Magnete oder Elektromagnete enthaltende Behälter durch zwei ferromagnetische Schienen ersetzt, die mindestens einen Permanentmagneten oder Elektromagneten halten.Auf diesen Schienen gleitet der isolierende Deckel, der mindestens zwei ferromagnetische Anker trägt, wobei der Über den festen Kontakten liegende Deckel die beweglichen Kontakte des Gerätes betätigt.

Die Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Hilfskontakte des Gerätes, die die Speisung des das Gerät betätigenden Elektromagneten überwachen, auf dem Deckel so angebracht sind, dass sie die Speisung des Elektromagneten im Falle einer Abschwächung der Haltekraft des Magneten unterbrechen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellter AusfUhrungsformen:

Fig.l ist ein Schnitt nach der Ebene IV-IV der Fig.2 des Behälters der die Permanentmagnete oder Elektromagnete enthält, wobei der Deckel abgenommen ist,

Fig.2 ist ein Schnitt nach der Ebene II-II der Fig.l Fig.3 ist eine Seitenansicht nach den Pfeil F auf den Mantel und den die bewe-

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glichen Kontakte und die ferromagnetisehen Anker tragenden Deckel, i?is.*! ist ein- Schnitt nach, der Ebene IH-III der i\L£.l_rder die den. Deckel betätigenden. Rückholfedern zeigt,

Jj¹Ig.5 ist eine Draufsicht auf einen die Fermanentmagnete ersetzenden Elektromagneten,

!''iS.o zeigt im Schnitt eine andere Ausführungsform des die Fermanentmagnete enthaltenden Mantels und des: die beweglichen: Kontakte tragenden Deckels, Fig.7 zeigt schematisch ein Äusführungsbeispiel eines dreipoligen Schütze s, in dem die Elemente gemäss den vorhergehenden Figuren verwendet Bind, und Pig»8 ist. ein Schnitt nach der Ebene I - I der Fig.?.

Wie aus Fig.1 - 4 hervorgeht, besteht der die Dauermagneten oder Elektromagneten enthaltende Behälter aus einem ,Isoliermantel 2A, in dem die flachen* axialmagnetisierten Fermanentmagnete AF mit ihren vorzugsweise auf die genannten- Magnete aufgeklebten. PolsehuhaiJ untergebracht sind.Jedera Pol des Schützes entspricht ein Paar Folsahuhe ja «Auf den Mantel 2A ist ein Deckel S aus Isoliermaterial in ü-Farm aufgeschoben, der auf den Wandungen des Mantels 2A (Ffeile P2:-F5} gleiten kann.Nach einem Ausführungsbeispiel wird der Deckel 2. durch zwei vorzugsweise halbelastische Arme 20 (fig,7); betätigt* die; auf die symetriseh gegenüberliegenden Zapfen 13 (Fig.l) einwirken.

Die ilückholfedern 9 des Deckels 2 (Fig,.! und £)> die. diesen: in der CFffhungsstellung der Kontakte B halten, werden auf die Stangen 10 eingeführt, deren, eines Ende durch den Mantel 2A ragt und gleichzeitig dazu dient, ihn auf der Basis 11 des Gerätes zu bef estigenvWle in Fig»2, 3 und 4 gezeigt, haben; der Mantel 2Ä sowie der Deckel 2 das Profils eines¹ jeweils gegeneinander gerichtetem U,viobei die Wände des Deckels 2 auf den Wänden des; Mantels. 2Ä\ gleiten.Der mit einem kleinen Spiel auf den Bolzen 5 eingeführte Anker K ist durch die Feder 6 elastisch gehalten. Diese Feder dient gleichzeitig zur Abfederung der beweglichen Kontakte Ü.
Lach einer in FigvS dargestellten, abgewandelten Ausführungsförm. dienen- die auf

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den Magneten aufgeklebten Polschuhe j} zur Führung des Deckels 2.So stellen die Gesamtheit {lie Permanent- oder Elektromagnet«, der Deckel 2 mit den Ankern 4 und seinen Rückholfedern 9 und eventuell die beweglichen Kontakte 8 eine Konstruktionseinheit oder einen Baustein (A) dar, de.r im allgemeinen für Schütze oder Schalter verschiedenster Bauart verwendet werden kann, wobei dieser Baustein entweder von Hand oder elektrisch oder pneumatisch betätigt werden kann. Das Diagramm der KrSfte, die für das Offnen und Schliessen der beweglichen Kontakte notwendig sind, ist ähnlich dem wie es in Flg.9 des französischen Patentes. 1L--91Ö33 dargestellt ist, in dem die Trägheit der beweglichen Elemente nicht berücksichtigt war.

Die Fig.7 und 8 zeigen schematisch ein Anwendungsbeispiel der vorstehend beschriebenen Konstruktionseinheit "A" bei einem dreipoligen, extraflaohen Schütz , der auch für die NormalstromstKrken über 65 A. vorgesehen ist.Der Baustein A wird in eine Ausnehmung 26 (Fig.6) eingebracht, die in der Mitte der Basis 11 des Gerätes liegt und zwar vorzugsweise auf einem Polster 26 aus Gummi,das als Stossdämpfer dfent.Es ist darauf hinzuweisen, dass durch diese Anordnung die Polschuhe Z> der Magneten sowie ihre Anker 4 gegen Verschmutzung geschützt Sind.Der Deckel 2, der eine die beweglichen Kontakte tragende Traverse darstellt, wird durch die vorzugsweise halbelastischenArme 20 betätigt, die fest mit der Achse I9 verbunden sind, auf der der von dem Tauchanker 17 eines kleinen Elektromagneten lS betätigte Arm 18 befestigt ist.Die Arme 20 können durch nicht dargestellte Blattfedern ersetzt werden.

Die Hauptkontakte des Gerätes sind in einer herausnehmbaren Löschkammer 27 eingeschlossen, die von einer breiten Blattfeder 21 gehalten wird, die im rechten Winkel umgebogen ist und deren eines Ende in eine Ausnehmung 27a eingreift, während das andere Ende durch die Schrauben 22,24 auf der die festen Kontakte tragenden Schiene 14 befestigt ist.

Die inneren Löschbleche 22a sind elektrisch in bekannter Art und Weise mit der Schiene 22 verbunden, während die äusseren Löschbleche, die gleichzeitig eine Befestigungsfeder für die Kammer 27 darstellen, mit den Strom-ZufUhrungsschienen

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15 verbunden sind.Beispielsweise ist ein kleiner Elektromagnet Ιό mit einem Eigenverbrauch von ungefähr 12 VA genügend, um die Kontakte eines Schütze-s zu betätigen, der für eine Normalstrorastärke von 65 A unter 500 Volt bestimmt ist. Pig.9, 10 und 11 zeigen scheraatisch ein anderes Anwendungsbeispiel der Konstruktionseinheiten "A" bei einem Stern-Dreieck-Anlasser oder Umschalter. Das Gerät besteht in der an sich bekannten Art und Weise aus zwei Schützen Cl, C2, die aus den bereits beschriebenen Einheiten Al und A2 bestehen.Die beweglichen Kontakte dieser Einheiten 2 werden durch eine Waage 29 (Fig.11) mit zwei symetrisch gegenüber liegendeiB'edern J>k in ihrer Ausschalt stellung gehalten. Die Waage 29 ist mit der in den Lagern 37 (Fig. 10) gelagerten Achse 30 fest verbun-, den.Kach einer abgewandelten Ausführungsforra ist der Magnet des Schützes Cl stärker als eier Einheit C2, damit die Kontakte in Einschaltstellung bleiben, wenn der Einsohaltknopf 38 losgelassen wird.Die Enden der genannten Waage sind mit ihrer Gabel IJa (fig. 10a) auf die Stifte Ij5 aufgeschoben, die fest mit der Traverse 2 der Einheiten Al,A2 verbunden sind.

Nach dem vorliegenden Beispiel, wird die Achse 30, die die Einheiten A1,A2 betätigt, im Uhrzeigersinne durch einen kleinen Tauchankermagneten 36 betätigt und zwar beispielsweise über das mit der Achse 30 fest verbundene Glied 33 und den Arm 31.

Der Stern-Dreieck-Schalter arbeitet wie folgt: wenn der Einschaltknopf 38 sedrückt wird, sohliessen sich die beweglichen Kontakte des Bausteines Al und bleiben von dem Dauermagneten des genannten Bausteines angezogen.Der Motor läuft dann in Sternschaltung an.Danach schaltet das Verzögerungsrelais "T^M die nicht dargestellten Hilfskontakte ein, die den Elektromagneten 36 speisen, der die Waage 29 und den Schütz C2, in Dreieckschaltung bringt.Die Verbindungsschemen der Stern-Dreieokanlasser oder der Umschalter,die allgemein bekannt sind, sind nicht dargestellt.

Fig.12 schliesslich zeigt scheraatisch und gemäss dem Gegenstand der Erfindung die teilweise im Schnitt dargestelie Seitenansicht der Anwendung des Bausteins

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"A" bei einem Sohütz, das von einem kleinen Elektromagneten ¹¹E" betätigt wird, der Über den Hauptkontakten angeordnet ist.Die gegebenenfalls magnetisoh abgeschirmte Baueinheit A wird zwischen die festen Kontakte 14 gebracht.Der als Traverse ausgebildete Deokel 2 wird vom Tauchanker 42 des Elektromagneten E betätigt und zwar beispielsweise Über die Stange 38, die in einer Ausnehmung 39 endeten der eine Druckfeder 40 eingebracht ist,

Der Elektromagnet "E" ist beispielsweise an BUgeln 4l befestigt, die fest mit der Basis des derates verbunden sind.

Bei dem Beispiel des dreipoligen Schalters gemäss Fig.7 und 8,wurden normalisierte Baueinheiten verwendet, die drei Permanentmagnete enthalten und die bereits ohne RUckholfeder und bewegliche Traverse für andere Zwecke in grossen Serien hergestellt werden.

Jedoch kann,ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der gemäss Fig.1,2 und 3 beschriebene Behälter 2-2A duroh mindestens einen zylindrisohen Magnet ersetzt werden, der, wie aus fig.IJ und 14 hervorgeht, aus einem zylindrisohen Mantel 43 aus niehtmagnetisohera Material besteht,In dem Polsohuhe 4γ und ein Permanent- oder Elektromagnet AP untergebracht sind.Auf dem genannten Körper 43 kann der topfförraige Deokel 44 mit seinem ferromagnetisehen Anker 45 gleiten, der in der bereits beschriebenen Art von einer Stellfeder gehalten wird.Elne Traverse 46 kann raeohanisoh mehrere Deokel 44 verbinden, die die beweglichen Kontakte des Gerätes tragen oder betätigen.Auoh die zylindrisohen Magnete werden bereits ftlr andere Zwecke in grossen Serien hergestellt und zwar in verschiedenen Durchmessern, z.B.10-12-16-22 mm mit Haltekraften von 2,5,10,20 kg. Die Arbeitsweise der mit den Bausteinen A versehenen Schlitze ist geräuschlos und ihr Eigenverbrauch sohwankt zwischen 5 bis 15$ dessen der normalen Schütze. , was eine beträchtliche Rolle besonders in dem Falle spielt, in dem die Schütze von Akkumulatorenbatterien gespeist werden.Aueserdem sind die Werkzeugkosten für die Herstellung der Schütze nach der Erfindung sehr gering, denn es werden Bauteile benutzt, die bereits in grossen Serien für andere Anwendungsgebiete hergestellt

werden und der magnetische HauptStromkreis ist weder geschichtet noch mit Kurzschlussringen versehen.

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Einige weitere Vorteile von permanentmagnetischen Schützen und Fernschaltern:

a) Verringerung um mindestens $0% des Gewichtes des Kupfers

b) Verringerung der Werkzeugkosten in beträchtlicher Weise.

c) Das Gerät bleibt selbst im Falle eines Spannungsabfalles von 70-80$ in eingeschalteter Stellung,

d) Gewichtsverringerung des Gerätes.

e) Die giechanisch sehr wenig beanspruchten Antriebe können aus Kunststoff hergestellt werden,

f) Diese SchUtze können auch von kleineren oder mittleren Unternehmungen hergestellt werden, da die Investitionen für die verhältnismässig einfachen Werkzeuge wesentlich geringer sind als die, die für die Herstellung der normalen Schütze notwendig sind (man verwendet die schon am Mark-t befindlichen Dauermagnete mit Polschuhen sowie Elektromagnete).Der pneumatisch betätigte Apparat benötigt nur einen relatif geringen Luftdruck.Der ständige Leistungsverbrauch kann gerade bei schweren Schützen beträchtliche Werte annehmen.Bei Fahrzeugen und Installationen deren Hilfsversorgung über Batterien begrenster Kapazität erfiigt, ist jeder unnötige Leistungsverbrauch unerwünscht.

Zur Zeit sind etwa 93/*> der in Betrieb befindliehen SchUtze dreipolige.In den letzten 10 Jahren ist der Preis der Sohütze in Frankreich um ungefähr j50$ bei konstantem Franken gefallen.Die Statistiken zeigen einen Mengenzuwaohe der Schütze um 20$ pro Jahr.Der Eigenverbrauch eines normalen Schützes für einen Dreiphasen-Motor unter 38OV beläuft sich auf ungefähr 200VA bei einem Motor von 3OKW (57Amp.) für 45KW (85A) 420VA,für 55 KW (1O4A) und 58OVA, für 9OKW (I69A) gegen nur II-50 VA bei den neuen permanentmagnetisehen Schützen.Die in Versuchsfeld der Fa "AIiELEC" durchgeführte Messungen mit billigen Baryura-Ferrit-Dauermagneten nach der Fig.1,2 und 14 zeigten eine Verringerung der Tragkraft um 8$ nach 1,000000 Schaltspielen.

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Claims (1)

1. P atentansprttohe t

   1. j Lageunabhängiger Sohtltz oder Schalter Insbesondere in sehr flaoher Ausführung, dadurch gekennzeichnet, dass seine beweglichen Kontakte fest oder elastisch mit einem Organ verbunden sind oder von diesem betätigt werden, das die Form eines U-förmigen Deckels (2) hat« in deren Boden elastisch mindestens ein ferromagnetisoher Anker (4) angeordnet ist, wobei der genannte Deckel auf den Aussenwänden eines Behalters (2A) gleitet, in dem mindestens ein Permanent- (AP) oder Elektro-Magnet On) untergebracht ist, der mit seinen Polsohuhen O) dem vorstehend genannten Anker (4) gegenüberliegt,und gegebenenfalls die Rückholfedern (9) des Deckels (2) umfasst, wobei der genannte Deckel mit dem Behälter und gegebenenfalls mit den beweglichen Kontakten (8) eine Baueinheit (A) darstellt,die im allgemeinen auch auf andere Sahaltgeräte anwendbar ist, und entweder durch Elektromagnet (16), durch Pressluftkolben oder auch von Hand betätigt wird.

   2. SchUtz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter mit seinem

   Deckel, der auf ihm gleiten kann zylinderfbVmig ist, wobei mehrere Deckel auf einer gemeinsamen Traverse (46),die die beweglichen Kontakte tragt oder betätigt, befestigt sind ,und die entweder duroh einen Elektromagnet oder mechanisch betStigt werden.

   J.SohUtz naoh den Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückholfedern Schraubendruckfedern sind, die koaxial mit dem zylindrischen Behälter,der die Magnete enthalt, angeordnet sind.

   4. SchUtz naoh den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter und sein Deckel als ein Stossdämpfer wirken, der die Bewegung des Deckels mit seinen beweglichen Kontakten dämpft.

   5.SchUtz nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter,auf dem der Deckel gleitet ,und der die beweglichen Kontakte des Schlitzes oder Um schalters betätigt,aus zwei ferromagnetisohen Schienen besteht, zwisohen denen mindestens ein Dauer- oder Elektromagnet liegt, wobei der Deckel auf den Aussenwänden der genannten Schienen gleitet und mit Mitteln versehhen ist, die die beweglichen Kontakte des Gerätes betätigen.

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   6,Schütz naoh den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stern-Dreieck-Anlasser oder Umschalter aus zwei Baueinheiten (Cl, C2) besteht, die bereits im Anspruch (l) beschrieben wurden und die Über eine Waage gekuppelt sind und entweder pneumatisch oder durch, einen Elektromagneten oder von Hand betätigt werden, wobei auf einen der Arme der Waage das Einschaltorgan des Gerätes einwirkt.

   7. Schütz nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Hilfskontakte, die die Speisung des Elektromagneten überwachen, der die Hauptkontakte des Schützes betätigt, so angeordnet sind, dass sie im Falle einer Abschwächung der Zugkraft des Permanentmagneten die Speisung des Elektromagneten unterbrechen.

   8. Schütz oder Schalter naoh den Ansprüchen 1-7 dadurch gekennzeichnet, dass er aus normalisierten und für andere Zwecke dienen*den Dauermagneten mit Polschuhen und Elektromagneten zusammengesetzt ist«

   9. Schütz oder Schalter naoh den Ansprüchen 1-8 dadurch gekennzeichnet dass seine im Behälter angeordneten zumindest zwei Dauermagnete durch kleine Elektromagnete die paralel oder in Serie von der Netzspannung oder von einer Hilfsstromquelle ersetzt sind.

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