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Anordnung zum Durchschalten des sich gerade aus der Ruhelage bewegenden
Ankers eines elektromagnetischen Schaltgerätes Die Erfindung bezieht sich auf eine
Anordnung zum Durchschalten des sich gerade aus der Ruhelage bewegenden Ankers eines
elektromagnetischen Schaltgerätes, insbesondere eines Schützes, wobei durch die
vom Anker her schaltbare Erreger spule die Zugkraft des Schaltmagneten im Bereich
vor und nach dem Berühren der Kontaktstücke vergrößerbar ist, nach Patent ......
(Patentanmeldung P 21 22 815. 9 - 34).
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Es sind bereits Schaltmagnete bekanntgeworden, die so konstruiert
worden sind, daß eine Anpassung der Zugkraftkurve
des Magneten an
die Bedarfskurve des Gesamtgerätes erfolgt, und zwar im wesentlichen unter dem Gesichtswinkel
, daß das betreffende Schütz oder das von dem Schaltmagnet betätigte elektromagnetische
Schaltgerät nicht vor den Kontakten hängenbleibt, weil dadurch ein Verschweißen
der Kontakte bei zu niedriger Spannung verursacht würde. Erwünscht ist es, daß die
Spule des Schaltmagneten so ausgelegt wird, daß der Schaltmagnet bei der kleinsten
notwendigen Spannung von beispielsweise etwa 10 bis 15 Prozent der Nennspannung
des Schaltgerät gerade einschaltet, während bei einer Spannung unter etwa 10 Prozent
der Nennspannung das Schaltgerät nicht einschaltet, da dann die Bedarfskurve größer
ist als die Zugkraftkurve des Schaltmagneten bzw. die Bedarfskraft größer ist als
die vorhandene Zugkraft. Bei einer derartig ausgelegten Spule ergibt sich jedoch
eine Zugkraftkurve, die über den Weg des Hubankers gesehen nicht an allen Stellen
größer als die Kraftbedarf skurve ist. Wenn also mit anderen Worten nach einer bestimmten
Wegstrecke des Hubankers die Kontakte des elektromagnetischen Schaltgerätes betätigt
werden müssen, so wird in diesem Augenblick der Betätigung der Kontakte eine hohe
Zugkraft des Schaltmagneten erforderlich. Der Schaltmagnet ist dann aber nicht in
der Lage, diesen Bedarf zu bewältigen.
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Es ist nun bereits in der deutschen Patentschrift 1 293 891 vorgeschlagen
worden, die Zugkraftkurve der Kraftbedarf skurve
durch Luftspaltveränderung
anzupassen, und zwar dadurch, daß der Hubanker derart geführt wird, daß er jeweils
kurz nach Verlassen und kurz vor Einnahme seiner jeweiligen Ruhelage sich um einen
bestimmten Winkel aus der Achsparallelität zum Kern des Schaltmagneten herausdreht.
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Darüber hinaus wurden andere Konstruktionen mit mechanischen Einrichtungen
vorgeschlagen, die das oben aufgezeigte Problem lösen sollten. Es hat sich jedoch
gezeigt, daß diese mechanischen Einrichtungen bei kleinen Geräten außerordentlich
kostspielig und bei großen Geräten nicht nur sehr kostspielig, sondern auch bau-
und material aufwendig sind.
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In dem Hauptpatent ist eine Anordnung der zu Anfang erläuterten Art
vorgeschlagen worden, um die vorerläuterten Nachteile der bekannten Schaltmagnete
zu vermeiden und in einfacher Weise eine Anpassung der Zugkraftkurve des Schaltgerätes
an die Kraftbedarf skurve zu ermöglichen.
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Der vorliegenden -Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung
gemäß dem Hauptpatent weiterhin zu verbessern und eine noch günstigere Anpassung
der Zugkraftkurve des Schaltgerätes an die Kraftbedarf skurve herbeizuführen und
dabei die Geschwindigkeitsverhältnisse in bezug auf die Bewegung des Ankers noch
günstiger zu gestalten.
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Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß
die
Zugkraft eines Schaltmagneten abhängig von der jeweiligen elektromagnetischen Streuung
bzw. von der Streuung des elektromagnetischen Feldes ist.
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Ausgehend von der Anordnung gemäß dem Hauptpatent wird die gestellte
Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Erregerspule derart schaltbar eingerichtet
ist, daß im Bereich der vergrößerten Zugkraft eine kleine magnetische Streuung und
mindestens während der Bewegung des Ankers von der Ruhelage bis zu diesem Bereich
der vergrößerten Zugkraft eine große magnetische Streuung vorhanden ist. Auf diese
Weise werden mehrere Vorteile gleichzeitig verwirklicht.
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Einmal kann eine besonders günstige Anpassung der Zugkraftkurve des
Schaltgerätes an die Kraftbedarf skurve verwirklicht werden, und zwar kann die Zugkraftkurve
so gelegt werden, daß eine verhältnismäßig kleine Geschwindigkeit des Ankers beim
Auftreffen der Kontakte vorliegt, wodurch Prellschläge an den Kontakten vermieden
werden; weiterhin bleibt die Endgeschwini&gkeit des Ankers auch bei hoher Zugkraft
verhältnismäßig klein, so daß auch der mechanische Schlag des Schaltgerätes gering
gehalten wird; schließlich wird erreicht, daß das Schaltgerät überhaupt erst bei
Vorliegen einer Spannung von über etwa 75 Prozent oder 80 Prozent der Betätigungsspannung
bzw.
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Nennspannung anzieht und damit die Sicherheit gegeben ist, daß das
Schaltgerät vollständig durchschaltet.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch
erreicht,
daß die in Aussparungen des Kernes eingesetzte Erregerspule teilweise aus dem Kern
herausragt und der Anker mit entsprechenden Aussparungen für dieses Spulenteil versehen
ist, und daß über Abgriffe und Hilfskontakte während der Bewegung des Ankers von
der Ruhelage bis zum Bereich der vergrößerten Zugkraft mindestens das im Kern befindliche
Spulenteil und im Bereich der vergrößerten Zugkraft nur das herausragende Spulenteil
erregt ist.
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In diesem letzteren Zusammenhang wird ferner im Rahmen der Erfindung
vorgeschlagen, daß während der Bewegung des Ankers von der Ruhelage bis zum Bereich
der vergrößerten Zugkraft die gesamte Erregerspule erregt ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß
während der Bewegung des Ankers von dem Bereich der vergrößerten Zugkraft bis zur
Endstellung mindestens das im Kern befindliche Spulenteil erregt ist.
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Eine andere konstruktive Gestaltung gemäß der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Erregerspule mechanisch verschiebbar derart angeordnet ist,
daß während der Bewegung des Ankers im Bereich der vergrößerten Zugkraft die Erregerspule
mindestens teilweise aus dem Kern in Richtung nach dem Anker zu verschoben ist,
dagegen von der Ruhelage bis zum Bereich der vergrößerten Zugkraft in Aussparungen
des Kernes liegt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
dem Nachfolgenden.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung im Schema
dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 eine Diagrammdarstellung einer Kraftbedarfskurve
und einer Zugkraftkurve, Fig. 2 eine Ansicht auf ein Schaltgerät mit Kern, Anker
und Erregerspule sowie mit Darstellung eines Schalt schemas für Abgriffe von der
Erregerspule mit Hilfskontakten, Fig. 3 eine Ansicht auf ein anderes Schaltgerät
mit Kern, Anker und einer beweglichen Erregerspule, in Ruhestellung, Fig. 4 eine
Ansicht auf das Schaltgerät gemäß Fig. 3, jedoch in einer mittleren Betriebsstellung
und Fig. 5 eine Ansicht auf das Schaltgrrät gemäß Fig. 3 oder 4, jedoch in der Endstellung0
Fig0 1 stellt ein Diagramm dar, wobei auf der Abszisse der Hub bzw0 die Wegstrecke
S, die dnr Hubanker des Schaltmagneten
zwischen der Ruhestellung
S 1 und der Endstellung S 2 zurücklegt, aufgetragen ist, während auf der Ordinate
die Kräfte P aufgetragen sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß
die Kraftbedarfskurve des Schaltgerätes, zum Beispiel eines Schützes, der ausgezogen
gezeichneten Linie 1 mit den Linienzügen la, lb und lc entspricht. Ausgehend von
der Ruhestellung S 1 ist also ein geringer Kraftbedarf vorhanden, der im Bereich
des Linienzuges 1a bzw.
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Kurventeiles zunächst nur langsam, nach einer Wegstrecke des Hubankers
von beispielsweise 2 bis 3 mm gemäß dem Linienzug Ib sprungartig ansteigt, und zwar
zwischen den Eckpunkten 1d und le, entsprechend dem Auftreffen der beweglichen Kontaktstücke
auf die feststehenden Kontaktstücke des Schaltgerätes, um dann schließlich entsprechend
dem letzten Linienzug lc wiederum nur geringfügig weiter anzusteigen bis zur endgültigen
durchgeschalteten Stellung lf.
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Wie weiter oben bereits erläutert wurde, ist es wünschenswert, das
Schaltgerät bzw. den Hubanker-Schaltmagneten entsprechend einer Zugkraftkurve 2
auszulegen, die
der Anfangsstellung S 1 entsprechend im Punkt 2gzu Beginn des Schaltvorganges nur
geringfügig über der Kraftbedarf skurve liegt und die auch in der Endstellung S2
entsprechend Punkt 2k nur um soviel höher als die Kraftbedarf skurve 1 liegt, daß
ein sicheres Halten des Schaltmagneten gewährleistet ist. Man ersieht aus Fig. 1,
daß bei Wahl einer solchen Zugkraftkurve die Zugkraft im Bereich der gestrichelten
Linie 2f zwischen den beiden Schnittpunkten mit den Linienstücken Ib und lc
der
Kraftbedarfskurve 1 niedriger als der Kraftbedarf ist.
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Das bedeutet, daß die Kontakte des Schaltgerätes hängenbleiben würden
bzw. das Schaltgerät nicht durchziehen könnte, womit sich die zu anfang erläuterten
Nachteile ergeben würden.
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Aus diesem Grunde ist dafür Sorge zu tragen, daß die Zugkraft des
Schaltmagneten im Bereich vor und nach dem Berühren der Kontaktstücke vergrößert
wird, daß also die Zugkraftkurve etwa von der Schaltstellung entsprechend Punkt
2h im Sinne der Linienzüge 2b, 2c angehoben wird.
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Erfindungsgemäß wird dieses Anheben der Zugkraftkurve im Prinzip dadurch
bewirkt, daß die Erregerspule derart schaltbar eingerichtet ist, daß im Bereich
2b, 2c der vergrößerten Zugkraft eine kleine magnetische Streuung vorhanden ist,
während im anfänglichen Bewegungsbereich des Ankers entsprechend dem Kurventeil
2a eine große magnetische Streuung vorhanden ist.
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Der Bereich 2c der vergrößerten bzw. erhöhten Zugkraft ist Teil einer
Zugkraftkurve 3. Eine solche Zugkraftkurve 3 kann, wie die Erläuterungen zu Anfang
gezeigt haben, nicht von vornherein gewählt werden, weil bei einer solchen Zugkraftkurve
zu Beginn des Schaltvorganges entsprechend Punkt 3a eine zu große Uberschußkraft
gegenüber der Kraftbedarfskurve vorhanden wäre. Dies würde eine solche Beschleunigung
des Ankers bedeuten, daß nicht nur wegen der hohen Geschwindigkeit Prellschläge
an den Kontakten auftreten, sondern in der
Endstellung entsprechend
Punkt 3b ebenfalls infolge der großen Geschwindigkeit ein großer mechanischer Schlag
des Gerätes erfolgen würde.
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Gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird nun eine Zugkraftkurve 2 etwa mit den Linienzügen 2a, 2b, 2c, 2d und 2e auf
folgende Weise erreicht. Das Schaltgerät weit nach diesem Ausführungsbeispiel einen
feststehenden Kern 5 mit drei Schenkeln 5a, 5b und 5c auf, wobei zwischen den Schenkeln
Aussparungen 5d, 5e für die Aufnahme einer an sich bekannten Erregerspule 7 vorgesehen
sind. Diese feststehende Erregerspule ragt mit einem Teil aus dem Kern nach oben
hinaus. Aus diesem Grunde ist der in Richtung des eingezeichneten Pfeiles bewegliche
Anker 6 zur Aufnahme dieses Teiles der Erregerspule ebenfalls mit Aussparungen 6d,
6e zwischen den entsprechenden Schenkeln 6a, 6b und 6c versehen. Die Erregerspule
7 weist an den Stellen 7a, 7b, 7c Abgriffe auf mit angeschlossenen elektrischen
Leitungen 8, 9 und 11. Die Leitung 9 führt zu einem Hilfskontakt 10, während die
Leitung 11 in einem Hilfskontakt 12 endet. Vorteilhaft kann noch ein witerer Hilfskontakt
13 in nachfolgender Anordnung vorgesehen sein, der mit der Leitung
in elektrischer Verbindung steht. Geschaltet werden diese Hilfskontakte in Abhängigkeit
von der Bewegung des Ankers 6. Vereinfacht ist dies dargestellt durch einen Winkel
arm 14, der mit dem Anker fest verbunden ist und
der an seinem
unteren Ende ein Kontaktstück 15 trägt, an welches die Leitung i6 angeschlossen
ist.
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Die Wirkungsweise des Schaltgerätes nach Fig. 2 ist im wesentlichen
folgende. Beim Einschalten des Schaltgerätes und während der Bewegung des Ankers
6 über einen Bewegung bereich von beispielsweise etwa 2 bis 3 mm ist über die Kontakt
stücke 12 und 15 zunächst die gesamte Erregerspule 7 zwischen den Abgriffen 7a,
7c eingeschaltet. Die Spule erzeugt eine große Streuung des magnetischen Kraftfeldes,
womit ein Kurvenverlauf entsprechend dem Kurventeil 2a in Fig. 1 erreicht wird.
Im Verlaufe der Weiterbewegung des Ankers 6 trifft nun das Kontaktstück 15 auf den
Hilfskontakt 10, womit nur der obere Teil der Erregerspule zwischen den Abgriffen
7a, 7b eingeschaltet wird, womit eine kleine magnetische Streuung und damit eine
Erhöhung der Zugkraftkurve entsprechend den Kurventeilen 2b, 2c gemäß Fig. 1 eintritt.
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Statt zu Anfang die gesamte Erregerspule einzuschalten, ist es auch
in Abänderung des Schaltschemas gemäß Fig. 2 möglich, zur Erhöhung der magnetischen
Streuung und Verringerung der Zugkraftkurve nur das Teil der Erregerspule 7 einzuschalten,
welches sich innerhalb des Kernes 5 befindet, also etwa das Spulenteil zwischen
den Abgriffen 7b und 7co Um nun den Schlag des Schaltgerätes in der Endlage zu dämpfen,
ist es vorteilhaft, bevor das Gerät die Endlage erreicht, auf die Gesamtspule 7a,
7c zurückzuschalten, das heißt zum
Beispiel mittels des weiteren
Hilfskontaktes 13, so daß die Zugkraftkurve den Kurventeilen 2d, 2e entspricht und
eine Haltekraft entsprechend Punkt 2k gegeben ist. Statt dessen kann auch wieder
auf das untere Spulenteil 7b, 7c zurückgeschaltet werden.
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Dieses Zurückschalten ist je nach Festlegung des Magnetkreises nicht
in jedem Falle erforderlich, denn dadurch, daß das Schaltgerät entsprechend dem
Kurventeil 2a zunächst mit geringer Einschaltgeschwindigkeit arbeitet, ist auch
die Endgeschwindigkeit des Ankers vor Erreichen der Endlage trotz der größeren Haltekraft
entsprechend Punkt 3b verhältnismäßig gering, so daß damit auch der machanische
Schlag des Gerätes nicht unzulässig hoch ist. Es sei noch besonders darauf hingewiesen,
daß bei Absinken der zur Verfügung stehenden elektrischen Spannung, aus welchen
Gründen auch immer, unter einen Wert von etwa 75 bis 80 Prozent der Betätigungsspannung
bzw. Nennspannung das Schaltgerät eine Zugkraft etwa gemäß der parallel nach unten
verschobenen strichpunktierten Kurve 4 erhalten würde. Eine solche Zugkraftkurve
besitzt aber einen Anfangspunkt 4a, der unterhalb der Kraftbedarfskurve (Anfangspunkt
des Linienzuges ia) liegt, so daß in diesem Falle das Schaltgerät von vornherein
überhaupt nicht einschalten würde.
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Die Fig0 3 bis 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindnngsgemäßen
Schaltgerätes, wobei der Kern 17 mit Aussparungen 17a, 17b versehen ist. Der Anker
18 weist ebenfalls Aussparungen 18a, 18b auf. Die Erregerspule 19
ist
mittels mechanischer Vorrichtungen in Abhängigkeit von der Bewegung des Ankers 18
verschiebbar gehalten, Als mechanische Mittel, die vom Anker 18 her betätigt werden
und die in der Zeichnung im einzelnen nicht dargestellt wind, können Hebelarme mit
oder ohne Federn oder andere geeignete konstruktive Mittel gewählt werden, die in
der Lage sind, die Erregerspule an einer bestimmten Bewegungsstelle des Ankers verhältnismäßig
schnell aus der Stellung gemäß Fig0 3 in die Stellung gemäß Fig. 4 zu verschieben.
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In diesem Falle ist die Wirkungsweise folgende. Zu Beginn des Einschaltens
liegt die Erregerspule 19 in dem Kern, so daß zunächst ein großes magnetisches Streufeld
entsteht.
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Nach Zurücklegen des Ankers über einen Weg von etwa 2 bis 3 mm oder
eines den Verhältnissen des Gerätes angepaßten Weges wird die Erregerspule schnell
nach dem Anker zu und teilweise bis in dessen Aussparungen 18a, 18b gemäß Fig. 4
verschoben, womit eine Erhöhung der Zugkraft eintritt. Uber die letzte Wegstrecke
des Ankers wird die Erregerspule 19 gemäß Fig0 5 wieder in Richtung nach dem Kern
17 zu zurückverschoben und damit die magnetische Streuung erhöht und die Zugkraft
vermindert. Es ergibt sich also wieder eine Zugkraftkurve entwa entsprechend dem
Linienzug 2a, 2b, 2c, 2d und 2e gemäß Fig. 1, wobei jedoch die Kurventeilstücke
2b und 2d nicht ganau parallel zur Ordinate, sondern etwa im Sinne, eines Trapezes
schräg verlaufen,