DE455726C - Selbsttaetiger Schnellausschalter mit einem vom Hauptstrom des zu schuetzenden Stromkreises erregten Magneten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen selbsttätigen elektrischen Schnellausschalter, d. h. einen selbsttätigen Ausschalter, der sich in dem Augenblick, in dem die Stromstärke in dem zu schützenden Stromkreis einen bestimmten Wert erreicht, in sehr kurzer Zeit und sehr rasch zur. Unterbrechung des Stromkreises öffnet.

Bei derartigen elektrischen Schnellausschaltern kommt es darauf an, alle Zwischenglieder, wie Verklinkungen u. dgl., mechanische Schaltwerke, zwischen dem die Ausschaltung im Falle einer Überlastung bewirkenden Magneten und den Kontakten, die den zu schützenden Stromkreis beherrschen, zu vermeiden, um die Zeit zwischen der Entstehung beispielsweise eines Kurzschlusses und der erfolgten Trennung des Stromkreises äußerst kurz zu machen. Die aus diesem Grunde meist vom Anker selbst des Ausschaltemagneten getragenen beweglichen Kontaktglieder von Schnellausschaltern können durch ihr Eigengewicht, durch Federkraft oder auch, durch magnetische Anziehungskraft in der Schließstellung gehalten werden. Die bei einer auftretenden Überlastung notwendige magnetische Kraft zur Trennung der Kontakte muß also in der Lage sein, die Haltekraft in kürzester Zeit zu überwinden.

Für Ausschalter, die durch magnetische Anziehungskraft in der Schließstellung gehalten werden, ist deshalb schon vorgeschlagen worden, über einem Luftspalt des Magneten einen Halteanker anzuordnen, dessen Sättigung unter gewöhnlichen Stromverhältnissen nahezu erreicht wird, und den durch diesen Halteanker verlaufenden magnetischen Kraftfluß bei Überstrom von seinem Wege abzudrängen, um die Haltekraft des Halteankers zu verringern.

Nach der Erfindung werden über diese Wirkung hinaus neuartige Wirkungen zur Verkürzung der Ausschaltezeit des selbsttätigen Schnellausschalters dadurch erzielt, daß der Einwirkung des Magneten zwei Anker verschiedener Abmessungen ausgesetzt sind, ein kleiner Halteanker, der in der Schließstellung des Schalters den Eisenkreis des Magneten vollständig schließt und an beiden ungleichnamigen Magnetpolen anliegt, und ein größerer, in der Schließstellung des Schalters durch einen oder mehrere Luftspalte von den Magnetpolen getrennter Anker, in dessen Luftspalte der Kraftfluß des Magneten abgedrängt wird, wenn die Sättigung des kleinen Ankers unter dem Einfluß eines Stromanstieges zunimmt.

Der Anker kleineren Querschnitts wirkt

auf einen den beweglichen Kontakt tragenden Hebel des Schnellausschalters im Sinne der Kontaktschließung ein, während der Anker größeren Querschnitts auf denselben Hebei im Sinne der Trennung der Kontakte einwirkt.

Zum Abdrängen des magnetischen Kraftflusses in die Luftspalte des großen Ankers im Falle einer plötzlich auftretenden Belastungsänderung ist eine von der Hauptstromreihenwicklung abgezweigte Nebenschlußwicklung im Bereich des den kleinen Anker durchlaufenden KraftfLusses derart angeordnet, daß dort auch ein dem Kraftfluß der Hauptwicklung entgegengesetzter Kraftfluß entsteht, wobei das Verhältnis der beiden Kraftflüsse des kleinen Ankers oder der beiden erzeugenden magnetomotorischen Kräfte nur noch von den Selbstinduktionen der zwei Wicklungen abhängt und der Streufluß jeder der beiden Wicklungen immer im gleichen Sinne auf die Luftspalte des großen Ankers einwirkt. Die beiden Anker des Magneten sind an derart zusammengestellten Hebeln angebracht, daß eine geringfügige Verstellung des großen Ankers eine wirksame Verstellung des den kleinen Anker tragenden Hebels und des beweglichen Ausschalterkontaktes bewirkt und die Steigerung der Anziehungskraft des großen Ankers den Kontaktdruck zwischen den beiden Ausschalterkontakten vor dem Abreißen vermehrt.

Die Wirkung des Ankers mit kleinem Querschnitt ist für die geringsten Stromwerte des zu schützenden Stromkreises vorherrschend, | während für eine gegebene Überstromstärke die Wirkung des Ankers mit größerem Querschnitt vorherrscht. Das wird erzielt durch eine geeignete Kombination der verschiedenen Arbeitsteile und geeignete Abmessungen des Elektromagneten, seiner Polstücke und seiner beiden Anker.

Auf der Zeichnung sind einige Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht, und zwar zeigt

Abb. ι eine Ausführungsform der Erfindung schematisch.

Aus den Abb. 2 und 3 sind Varianten der Ausführungsform nach Abb. 1 ersichtlich, bei denen elektromagnetische Einrichtungen vorhanden sind, um den Einfluß des Ankers mit kleinerem Querschnitt bei einem plötzlich eintretenden Stromaufstieg herabzusetzen. Abb. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einer besonderen Steuervorrichtung des Hebelkontaktes durch die beiden beweglichen Anker.

In sämtlichen Abbildungen bezeichnen dieselben Bezugzeichen dieselben Teile. Der Schnellschalter nach Abb. 1 besitzt einen feststehenden Kontakt« und einen beweglichen Kontakt b. Dieser sitzt an einem Hebel c, der an einem Winkelhebel A₁, A₂ in C₁ angelenkt ist. Dieser Winkelhebel ist um eine feststehende Achse C₂ drehbar gelagert. Der Hebel c ist durch ein biegsames Verbindungsstück d mit der Erregerwicklung e des Lamellenelektromagneten/ verbunden.

Auf der einen der Stirnflächen der Polstücke des Elektromagneten/ ist der aus Lamellen zusammengesetzte Anker g von kleinem Querschnitt angeordnet und auf der anderen Stirnfläche der Anker A von größerem Querschnitt. Diese beiden Anker sind untereinander gekoppelt. Der Anker g von ldeinerem Querschnitt sitzt unmittelbar an dem Hebele, während der AnkerA von größerem Querschnitt an dem Winkelhebel A₁, A₂ befestigt ist.

Selbstverständlich kann die Verbindung zwischen den Ankern und dem Hebel durch eine beliebige andere geeignete Einrichtung erzielt werden, insbesondere durch Gelenkstücke, welche die Übertragung der Bewegung der Anker auf den Hebel sichern.

Befindet' sich der Schnellschalter in der Schließstellung, dann machen die beiden Teile a, b Kontakt, und der Anker g kleineren Querschnitts überbrückt die Pole des Elektromagneten /, während ein Luftspalt zwischen den Polen und dem Anker A größeren Querschnitts vorhanden ist.

Wächst die Stromstärke in dem zu schützenden Stromkreis, so nehmen die Amperewicklungeii in der Reihenspule e des Elektromagneten/ zu; der magnetische Fluß durch die Anker g und A wächst gleichfalls. Wegen der schnellen Sättigung des Ankers g von kleinerem Querschnitt wächst der denselben durchströmende Fluß dann sehr langsam, sowie auch die Anziehungskraft, welche dieser Anker auf den Elektromagneten/ ausübt. Der den Anker größeren Querschnitts durchströmende magnetische Fluß nimmt dagegen in demselben Verhältnis zu wie die Stromstärke, und die durch den Elektromagneten/ auf den Anker A ausgeübte Anziehungskraft wächst in direktem Verhältnis zum Quadrat dieser Stromstärke.

Die Einrichtung ist so getroffen, daß für einen bestimmten Wert der Stromstärke die durch den Anker A von größerem Querschnitt ausgeübte Anziehungskraft vorherrschend wird. In diesem Augenblick wird der Anker A durch die Pole des Elektromagneten/ angezogen und die Überbrückung zwischen den Polen und dem Anker g kleineren Querschnitts unterbrochen. Der durch die Bewegung des Ankers A beeinflußte Hebel c wird so weit nach links bewegt, bis er mit seinem unteren Teil gegen einen regelbaren Anschlags zu liegen kommt. Dadurch nimmt der Kon-

takt ä eine geneigte Stellung gegenüber dem Kontakt δ ein, bevor die beiden Kontakte sich trennen. Die Trennung erfolgt alsdann durch die weitere Verstellung des Hebels c unter dem Einfluß des Ankers h. In seiner äußersten Stellung liegt, wie schon erwähnt, der Hebel c gegen den Anschlag s an.

Während dieses Vorganges erhöht sich der Luftspalt des Ankers g kleineren Querschnitts

ίο verhältnismäßig schnell, und die Wirkung dieses Ankers nimmt sehr schnell ab, während die Wirkung des Ankers h von größerem Querschnitt, dessen Luftspalt ständig ab nimmt, allmählich wächst. Unter diesen Umständen wird die Verstellung des Hebels c von dem Augenblick der Auslösung an schnell beschleunigt.

Der Hebel c ist mit einem Haken ρ versehen, welcher bei der Auslösung und an dem Hubende des Hebels mit einer federnden Sperrklinke q in Eingriff gelangt. Außerdem kann die Einrichtung so getroffen sein, daß am Ende des Hubes des Hebels c der Schwerpunkt des beweglichen Systems c, g, h, Ä], hn rechts von der Senkrechten bleibt, welche durch die Drehachse C₂ geht.

Um die Einschaltung des Schnellschalters aufs neue zu bewirken, genügt es, die Klinke q zu betätigen, was entweder unmittelbar oder mit Hilfe eines Elektromagneten geschehen kann, der aus der Feme gesteuert wird. Durch diese Betätigung kann der Haken ρ ausgelöst werden. Dann fällt der Hebel c infolge seines Gewichtes wieder in die Schließstellung zurück, während der Anker h sich von den Polstücken entfernt und der Anker g sich den letzteren nähert.

Sobald die Kontakte« und b sich berühren, erregt der Strom in dem zu schützenden Stromkreis den Elektromagneten/, und der Anker g" kleineren Querschnitts wird angezogen, wobei er die Gleitung des Kontaktes δ über den Kontakt« bewirkt, so daß die Kontaktflächen ständig in gutem Zustand gehalten werden.

Die Ausführungsform nach Abb. 1 kann auch abgeändert werden, ohne die Wirkung des Schnellschalters zu beeinflussen, indem die Verbindungen zwischen den Ankern g, h und dem Hebel c derart angeordnet werden, daß der Angriffspunkt der Anziehungskraft des großen Ankers unter dem Angriffspunkt dei Anziehungskraft des kleinen Ankers an dem Hebel c liegt.

Wie aus Abb. 4 der Zeichnung ersichtlich, kann der Anker g kleineren Querschnitts in g_x starr mit dem Hebel c verbunden sein, während der Anker h an einem Winkelhebel Iu, A₃ angebracht wird, der an den Hebel c angelenkt ist in einem Punkt h_is welcher unterhalb des Befestigungspunktes g₁ liegt. Der Hebel h₂ sitzt schwingbar auf einer feststehenden Achse C₂.

Durch diese Anordnung wird eine Zunahme des Druckes zwischen den Kontakten ff, b bei wachsenden Werten des Stromes in dem Stromkreis erzielt. Dieses besondere Merkmal ist sehr dazu geeignet, die Aufrechterhaltung des Kontaktes zu sichern und die Erhitzung zu beschränken.

Man könnte auch die Serienwicklungen e des Elektromagneten mit einem Nebenschluß von größerer Selbstinduktion und geringerem Widerstand ausrüsten zwecks Erzielung der Auslösung des Schnellschalters für einen Wert des Gesamtstromes des Stromkreises im Falle eines plötzlichen Kurzschlusses, der kleiner ist als im Falle einer langsam wachsenden Überlastung.

Diese Bedingung kann auch in wirksamerer und billigerer Weise dadurch erzielt werden, daß der Ankerg kleineren Querschnitts mit einer Windung oder einer Spule, die kurzgeschlossen ist, versehen wird, wie in Abb. 2 angedeutet. Die Wicklung i hat natürlich keinen Einfluß, wenn die Überlastung langsam wächst, jedoch bei plötzlichem Kurzschluß. Die Änderung des magnetischen Flusses in dem Anker g kleineren Querschnittes wird durch den in der Windung/ induzierten Strom verzögert, gleichviel, ob der magnetische Fluß in dem Anker g nahe an der Sättigungsgrenze liegt, wie es der Fall wäre für einen bei voller Belastung eintretenden Kurzschluß, oder der magnetische Fluß noch sehr schwach ist, wie es der Fall wäre für einen Kurzschluß, welcher bei der Schließung des Stromkreises vorhanden wäre. In einem solchen Fall wird die Wirkung des Ankers// von größerem Querschnitt vorherrsehend für einen Gesamtwert des Stromes in dem Stromkreis, der niedriger liegt als der, welcher erforderlich ist im Falle eines plötzlichen Kurzschlusses, wenn die Wicklung i nicht vorhanden wäre. Diese Wirkung tritt noch schärfer auf, falls ein Kurzschluß besteht im Augenblicke der Schließung des Stromkreises.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 wird die Auslösung für einen geringeren Wert des Gesamtstromes im Falle eines plötzlichen Kurzschlusses als im Falle des langsamen Anwachsens der Überlastung dadurch erzielt, daß um den Anker g kleineren Querschnitts eine Wicklung/ gelegt wird, die im Neben-Schluß zu der Reihenspule? liegt, welche den Elektromagneten/ erregt. Diese Wicklung besteht aus Draht von kleinem Querschnitt, und der Widerstand derselben ist viel größer als der der Wicklung?, so daß bei langsamem Anwachsen der Belastung ihre Amperewicklungen nur geringen Einfluß auf

die Magnetisierung des kleinen Ankers g < haben.

Der "Wicklungssinn der Wicklung / ist außerdem so gewählt, daß der in dem kleinen Anker g¹ erzeugte magnetische Fluß dem in diesem Anker durch die Reihenspule e erzeugten magnetischen Fluß entgegengerichtet ist. Da die Selbstinduktion des Nebenschlusses/ hier schwächer ist als die der Spule ß, ίο so folgt, daß im Falle eines plötzlichen ' Kurzschlusses der in die Wicklung/ abgeleitete Teil des Gesamtstromes viel rascher anwächst als im Falle einer langsam wachsenden Überlastung.

Unter diesen Umständen werden die Amperewindungen der Wicklung /, die dem in dem kleinen Anker g· durch die Spulen erzeugten magnetischen Fluß entgegenwirken, | die Anziehungskraft des Ankers vermindern, so daß die Anziehungskraft des großen Ankers h viel schneller überwiegt.

Es ist noch zu bemerken, daß, wenn ein Kurzschluß im Augenblick des Schießens des zu schützenden Stromkreises besteht und demnach noch kein Strom durch die Wicklunge fließt, wenn der Kurzschluß zustande kommt, der magnetische Fluß, welcher durch die Wicklung/ erzeugt wird, zuerst allein in dem kleinen Anker g vorhanden ist. Da die Wicklung/ jedoch einen großen Widerstand besitzt, so beträgt der dieselbe durchfließende Strom nur einen sehr kleinen Bruchteil des Gesamtstromes des Stromkreises. Der Rest fließt durch die Spule e, und der durch diese in dem Anker g· erzeugte magnetische Fluß erreicht sehr schnell einen Wert, der dem durch die Wicklung/ erzeugten magnetischen Fluß gleichkommt, ob schon er langsamer wächst. Sobald dieser Punkt erreicht ist, ist die Anziehungskraft des großen Ankers h allein vorhanden und wird die Auslösung des Momentschalters bewirken.

Das Kraftmoment, welches die Auslösung des Momentschalters bewirkt, kann verstärkt werden durch eine Feder k, die den Hebel c beeinflußt, wie auf der Zeichnung in Abb. 3 dargestellt. In diesem FaE erfordert die Wiedereinschaltung des Schnellschalters die Benutzung eines Hebels oder eines Elektromagneten von genügender Kraft zur Überwindung der Zugkraft der Feder k.

Die Wiedereinschaltung des Schnellschalters, welche nach der Ausführungsform der Erfindung in Abb. 1 durch die Schwere erfolgen soll, kann auch durch eine Feder / bewirkt werden, die bloß dazu dient, den Hebel c in die Schließstellung nach Freigabe des Hakens ρ zurückzuführen (Abb. 4).

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Selbsttätiger Schnellausschalter mit einem vom Hauptstrom des zu schützenden Stromkreises erregten Magneten, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pole des Magneten zwischen zwei mechanisch miteinander verbundenen Ankern verschiedener Abmessungen liegen, von denen der kleinere Anker in der Schließstellung und der größere Anker in der Offenstellung des Schalters die Magnetpole überbrückt.

2. Selbsttätiger Schnellausschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Hauptstromreihenwicklung abgezweigte Nebenschlußwicklung im Bereiche des den kleinen Anker durchlaufenden Kraftflusses derart angeordnet ist, daß dort ein zweiter, dem Kraftfluß der Hauptwicklung entgegengesetzter Kraftfluß entsteht.

3. Selbsttätiger Schnellausschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anker durch eine Schubstange miteinander verbunden sind und ein an dem kleinen Anker sitzender Hebel an seinem einen Ende das bewegliehe Kontaktglied trägt und mit seinem anderen Ende einem verstellbaren Anschlag gegenübersteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.