DE307014C - - Google Patents

Description

Schütze, welche bei starkem Erregerstrom in ihrem Magnetsystem eine positive und bei schwachem Erregerstrom eine negative resultierende Zugkraft an ihrem Anker entwickeln, sind bereits bekannt geworden.

Solche Schütze, die für Gleichstrom und Wechselstrom benutzt werden können, sind zum selbsttätigen Anlassen von Motoren verwendbar, wenn der Motorhauptstrom durch die dickdrähtigen Erregerwindungen des Schützes gesandt wird, so daß bei dem hohen Einschaltstromstoß die den Anlaßwiderstand kurzschließenden Schützkontakte voneinander hinweggezogen und bei zufolge der Gegen-E. M. K.

des Motors genügend gesunkenem Hauptstrome die Zugkraft ihre Richtung wechselt und die Schützkontakte geschlossen werden.

Da diese Schütze unabhängig von Schwankungen der Netzspannung erschienen, wurden sie im besonderen "zum selbsttätigen Anlassenvon Bahn- und Schiffsmotorantrieben' benutzt, wo, besonders an letzterem Orte, ein wichtiges Bedürfnis dafür vorliegt, daß ζ. Β. elektrisch angetriebene Lüfter- oder Pumpenmotoren unter den kritischsten Verhältnissen noch bei sehr weitem Herabsinken der Netzspannung betriebsfähig bleiben. ~

Nun haben diese Schütze die an sie gestellten Erwartungen nicht erfüllt, und ist es bisher

.30 nicht gelungen, solche Schützenselbstänlasser von in. weiten Grenzen schwankender Netzspannung so unabhängig zu machen;, daß für das Anlaufen des Motors nur noch die Höhe seiner Belastung von Einfluß ist, nicht aber auch noch konstante Netzspannung erforderlich wird. Die bekannten, durch Motorhauptstrom beeinflußten Schütze erwiesen sich bisher kaum besser als die von der Ankerspannung beeinflußten, welch 1 etztere die geringsten Spannungsschwankungen im Netz zulassen.

Gemäß vorliegender Erfindung wurde erkannt, daß durch besondere Formgebung der Magnetpole des Schützes solche Verhältnisse' in den Kraftlinienkreisen erzeugt werden können, daß die Magnetisierungslinien der rechtssinnig und linkssinnig auf den Anker einwirkenden Magnete stark voneinander in ihrer Form abweichen und nicht verwischt auftreten und vor allem die bei sehr niederen Erregerströmen resultierende Zugkraft um ein Vielfaches gesteigert wird.

In der bekannten Schützanordnung arbeiten zwei magnetische Kreise, der eine mit hoher Eisensättigung und geringem Polabstande, der andere mit niedriger Eisensättigung und großem Polabstande. Eine Untersuchung der Charakteristiken der Magnetkreise zeigt, daß die Charakteristik des Mägnetkreises mit hoher Eiserisättigung stärker geknickt ist als die mit niederer, und daß beim Übereinanderlegen die beiden Magnetisierungslinien sich schneiden, so daß bei hoher Erregung der beiden Magnete die Zugkraft des schwach im Eisen gesättigten und bei niederer Erregung die Zugkraft des stark im Eisen gesättigten Magneten überwiegt. Um eine brauchbare Wirkung zu erzielen und die erforderliche starke Eisensättigung in dem bei niederer Erregung arbeitenden Magneten zu , erreichen, muß der' Polabstand des letzteren sehr klein gehalten werden, was die Arbeits-

leistung der Anordnung stark herabdrückt und nur seine Verwendung als Relais für kleine Ströme gestattet.

Von anderer Seite hat man die Abweichung ■ 5 der Formen der beiden Magnetisierungslinien voneinander verstärkt durch Anordnung eines/ magnetischen Nebenschlusses. Dieser erweist sich jedoch als ein umständliches und kraftlinienvergeudendes Mittel, welches zusätzlich

ίο Verzögerungseinrichtungen erfordert. Ein hoher Wirkungsgrad kann mit dieser Anordnung nicht erzielt werden, weil große Luftstrecken die Leistung __ des Magneten bei niedriger Erregung stark herabsetzen. .

In Fig. ι der Zeichnung ist eine Ausführungsform des neuen Schützes dargestellt. Dasselbe besitzt zwei hier parallel geschaltete Hauptstromspulen von geringem Ohmschen Widerstand, eine größere S₁ für den Magneten mit

hoher Eisensättigung und eine kleinere S₂ für den Magneten mit niederer Eisensättigung. Zur Erzeugung der gradlinigen Charakteristik des Magneten mit- der Spule S₂ sind für Anlasserschütze verhältnismäßig wenig Amperewindungen erforderlich, weil hier der Polabstand und damit der Luftwiderstand sowie der Eisenwiderstand sehr klein gehalten werden kann. ■ Der Kürze wegen soll der bei niederen Erregerströmen in der Zugkraft überwiegende und mit hoher Sättigung arbeitende Magnet , mit »Anzugsmagnet.«, der bei hohen Erregerströmen in der Zugkraft überwiegende und mit geringer Sättigung arbeitende Magnet mit »Rückzugsmagnet« bezeichnet werden. Dem entsprechen .die Bezeichnungen Anzugs- und Rückzugswindungen, Anzugs- und Rückzügskraftlinien .usw. '.-.. ·.

Ein zum. Anlassen benutztes Schütz der hier beschriebenen. .Art kann, wie in Fig. 1 angedeutet, geschaltet werden. Beim Schließen des Netzschalters N durchfließt der von + kommende Motorhauptstrom beide Schützerregerwicklungen S₁ und S₂, den Anlaßwiderstand W und den Anker A des Nebenschlußmotors mit.

der Feldwicklung D. Der Anlaßwiderstand. W ist hier der Übersichtlichkeit halber nur einstufig dargestellt. Die erzeugten Kraftlinien des Schützes verlaufen auf den strichpunktiert angedeuteten, in sich ■ geschlossenen Bahnen.

Der zufolge des noch in Ruhe befindlichen Motorankers auftretende hohe Stromstoß erzeugt ein Überwiegen der Rückzugskraftlinien des Schützes, so daß dieses zunächst offen bleibt. Beim Steigen der Anker-Ε. M. K. des Motors fällt der Hauptstrom, und die Anzugskraftlinien im Schütz fallen nach Maßgabe der geknickten Magnetisierungskurve (Fig. 2) langsam; die Rückzugskraftlinien dagegen fallen schnell nach Maßgabe der gradlinigen Kurve.

In Fig. 2 sind die Kraftliniendichten der Anzugswindungen als positive Werte, die Induktionen des Rückzugsmagneten als negative .Werte eingetragen und ohne Rücksicht auf die Hebellängen der beiden Ankerarme H₁ und H₂ ■die Amperewindungen des Rückzugsmagneten auf den gleichen Maßstab wie die des Anzugsmagneten gebracht. Zum Vergleich ist die negative Rückzugslinie nochmals über die positive Anzugslinie schwach gezeichnet. Die Induktionen der beiden magnetischen Kreise geben gleichzeitig ein Maß für die mit dem Quadrat der Induktionen wachsenden Zugkräfte. Im Schnittpunkt P heben sich die beiden auf den Anker ausgeübten Zugkräfte auf, und einen Augenblick später überwiegt die Anzugskraft, so daß das Schütz zuschnappt und mittels der Kontakte K₁, K₂ den Anlaßwiderstand W kurz schließt. · ' ■

Der lineare Verlauf der Magnetisierungslinie des Rückzugsmagneten (Fig. 2) wird dadurch erzielt, daß das Eisen des Rückzugsmagneten nur unterhalb seiner Sättigungsgrenze beansprucht und der Rückzugsmagnet so bemessen wird, daß der allergrößte Teil seiner Amperewindungen auf den Luftweg und nur ein sehr kleiner Teil auf den Eisenweg der Kraftlinien entfällt. Die nahe an die Form der Magnetisierungslinie des reinen Eisenweges grenzende geknickte Linie des Anzugsmagneten wird nach vorliegender Erfindung durch die Schaffung eines sehr geringen Luftwiderstandes bei großem Hube an den Polen des "Anzugsmagneten mittels an sich bekannter beträcht- licher Neigung der Polflächen F₁ und F₂ in der Bewegungsrichtung R des Ankerarmes H₁ erzeugt. An einer Stelle G des Anzugskraftlinienweges wird das Eisen in seinem Querschnitte so weit geschwächt, daß der größte Teil der Anzugs-Amperewindungen zur Erzeugung der hohen Induktion in diesem Eisenwege «dient. Nur ein geringer Prozentsatz der Anzugs-Amperewindungen entfällt auf die kurze Luftstrecke zwischen den Polflächen F₁ und F₂. Nach der Darstellung in Fig. 1 greifen Anker und Magnetpol gebißartig übereinander; es könnten jedoch auch andere Polformen 'mit in der Ankerbewegungsrichtung wesentlich ge- ; neigten Polflächen, z. B. bei gradliniger Anker- ! bewegung Voll- und Hohlkegel, benutzt werden. ! Die geneigten Polflächen bringen für den weiten Verwendungsbereich des Schützes den ; Vorteil mit sich, daß ihre günstige Wirkung auf j die Zugkraft erst bei niederen Erregerströmen, j also bei nicht mehr gesättigtem Anzugseisen, einsetzt. Denn die in die Richtung der Ankerbewegung fallende Zugkraft wächst unterhalb der Sättigungsgrerize um so mehr, je stärker ., die Neigung der Polflächen gewählt wird. Diese Tatsache kann leicht mit Hilfe der Maxwellschen Formel für die magnetische Zugkraft nachgewiesen werden, und erhält man daraus, daß bei festliegendem Ankerhube und unterhalb der

Sättigungsgrenze die Zugkraft eines Magneten mit gegen die Ankerbewegungsrichtung um den Winkel α geneigten Polflächen um das

-—--fache größer ist als die Zugkraft eines Magneten mit gleichgroßen, senkrecht auf der Bewegungsrichtung stehenden Polflächen. Der Neigungswinkel der Polflächen gegen die Ankerbewegungsrichtung kann sdgar bis auf Null

ίο verkleinert werden, so daß sich während des Anziehens des Ankers überhaupt keine Verringerung des Polabstandes ergibt. Die'hierbei auftretenden Zugkräfte entstehen dadurch, daß die Kraftlinien zwischen den Polen des Anzugsmagneten nicht genau senkrecht zwischen den Polflächen stehen, sondern geneigt sind, sich in die Kreisbahn um die Erregerleiter herum, also auf den kürzesten Weg, einzustellen.

Da von der Anzugs- und Rückzugsspule nur die von den Nutzkraftlinien umschlossenen Windungsstrecken wirksam sind und beide Spulen in Abhängigkeit voneinander arbeiten, ' so kann von ein und derselben Windung eine Windungsstrecke zur Erzeugung der Anzugskraftlinien, eine andere zur Erzeugung der. Rückzugskraftlinien benutzt werden, und es entsteht ein Schütz nach Fig. 3, welches die gleichen magnetischen Charakteristiken im Anzugs- und Rückzugskraftlinienkreis besitzt, wie das nach Fig. 1. Da nur eine Spule vorhanden ist, sind die Amperewindungen für Anzug gleich den Amperewindungen für den Rückzug. Der nicht benötigte Überschuß an Rückzugs-Amperewindungen kann in den Luftweg des Rückzugsmagneten gelegt werden, wodurch die lineare Form der Rückzugscharakteristik gewahrt bleibt. .· .

Durch eine Stellschraube B aus nicht magnetischem Material können beide Polabstände verändert werden, uin das Schütz auf den Punkt der Stromstärke einzustellen, bei welchem das Schütz schließen soll. Durch geringe Drehung dieser Schraube wird die gerade Magnetisierungslinie in ihrer Neigung stark, die geknickte Magnetisierungslinie dagegen kaum merklich geändert. In der scharfen Einstellung auf den Einschaltpunkt liegt ein weiterer wichtiger Vorzug dieses neuen Schützes.

Claims (1)

1. 50 Patent-Anspruch:

   Durch Stromschwankungen betätigtes Schütz mit zwei oder mehreren, in Abhängigkeit voneinander erregten magnetischen Kreisen, deren Zugkräfte in entgegengesetztem Bewegungssinne auf den Schützanker einwirken und entsprechend der Bemessung der magnetischen Eisen- und Luftwiderstände sowie der Kraftliniendichten beim Ändern der Stärke der Erregung ein Überwiegen der resultierenden Zugkraft in dem einen oder anderen Bewegungssinne herbeiführen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines sicheren Schließens des Schützes bei sehr geringen Erregerströmen die Pole des bei niedriger Erregung in der Zugkraft überwiegenden Magnetteiles mit in der Bewegungsrichtung wesentlich geneigten Polflächen versehen werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.