DE499213C - Ausloesevorrichtung an elektrischen Schaltern - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 6. JUNI 1930

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVl 499213 KLASSE 21 c GRUPPE

Die bisher bekannt gewordenen Auslösevorrichtungen, wie sie beispielsweise bei Überstromschaltern verwendet werden, bestehen aus einem durch eine Wicklung erregten. Eisenkern, der beim Auftreten einer gewissen Stromstärke einen Anker anzieht und dadurch den Schalter zum Ansprechen bringt. Bei diesen Schaltern wird entweder die Selbstauslösung unmittelbar durch die Bewegung

to des Ankers zum Ansprechen gebracht oder mittelbar, indem der Anker vorerst einen zusätzlichen Arbeitsspeicher auslöst, dessen frei werdende Arbeitsmenge das Auslöseschloß des Schalters öffnet, so daß die Kraft der Selbstauslösung nunmehr eine Trennung der Kontakte herbeizuführen vermag. TJerartige elektromagnetisch wirkende Auslöser sprechen beim Erreichen einer gewissein' Stromstärke plötzlich an. Deshalb benutzt man sie zur Abschaltung kurzschlußartiger Überlastungen, sieht aber außer ihnen in Überstromschaltern noch thermisch wirkende Auslösevorrichtungen, beispielsweise Schmelzsicherungen, vor. Das Vorsehen eines zweiten Auslösers bedeutet zwar einen erheblichen Übelstand, der ater bisher in Kauf genommen werden mußte, da ein Überstromschalter nicht nur bei kurzschlußartigen Überlastungen, sondern auch bei verhältnismäßig schwachen, aber längere Zeit hindurch dauernden Überlastungen ansprechen muß.

Gegenüber den bekannten elektromagnetisch wirkenden Sclmellauslöiern unterscheidet sich die Erfindung dadurch, daß sie auf dem elektrodynamischen Prinzip beruht, wodurch eine wesentliche Vereinfachung und Verbilligung erzielbar ist. Sie ermöglicht es auch, einen Stromkreis bei einem hohen Überstrom, etwa einem Kurzschluß, sofort abzuschalten und die Abschaltung beim Auftreten eines geringen Überstromes erst nach Ablauf einer gewissen Zeitspanne durchzuführen.

Die Erfindung besteht ihrem Wesen nach in dem Gedanken, zur Auslösung von elektrischen Schaltern die elektrodynamischen Kräfte zu benutzen, die zwischen stromdurchfLossenen Leitern auftreten. Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, die beim Auftreten von, Überströmen entstehenden elektrodynamischen Kräfte unmittelbar zur Trennung der Kontakte von Schaltern zu benutzen, also Schalter elektrodynamisch auszuschalten, nicht aber; dieselben elektrodynamisch auszulösen. Die elektrodynamische Auslösung, d.h. die Einleitung des Ausschaltvorganges durch elektrodynamische Kräfte, die eine zusätzliche Kraft wirksam werden lassen, welche die Trennung der Kontakte des Schalters herbeiführt, stellt gegenüber der rein elektrodynamischen Ausschaltung, bei der die Kontaktstücke durch elektrodynamische Kräfte getrennt werden, einen wesentlichen technischen' und wirt-

*) Von dem !Kitentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Ernst Besag in Baden-Baden.

schaftlichen Fortschritt dar. Elektrische Schalter mit rein elektrodynamischer Ausschaltung sind nur für außerordentlich hohe Stromstärken denkbar und auch für diesen Bereich ungeeignet, da die elektrodynamischen Kräfte bei zunehmender Stromstärke eine wesentliche Verschlechterung des Kontaktdruckes bewirken.

Durch den Gedanken, die elefctrodynamische Wirkung des Auslösers mit der thermischen Wirkung eines Bimetallstreifens zu kombinieren, indem man einen der beiden, einander elektrodynamisch beeinflussenden Leiter aus einem Bimetallstreifen herstellt, ergibt sich für die Erfindung ein neues weites Anwendungsgebiet. Insbesondere ist eine derartige Auslösevorrichtung geeignet, die eingangs erwähnten kostspieligen elektromagnetisch-thermisch wirkenden Auslöseeinrichtungen zu ersetzen. Zu diesem Zweck ordnet man die Metallteile des Bimetallstreifens derart an, daß die Richtung seiner Wärmeausdehnungsbewegung der Richtung seiner durch die elektrodynamischen Kräfte angeregten Bewegung gleich ist, so daß bei verhältnismäßig geringen Überlastungen, bei denen die elektrodynamischen Kräfte an sich nicht hinreichen würden, um den Ausschaltvorgang einzuleiten, im FaUe einer längieren Dauer solcher Überlastungen die Einleitung des-AusschaltvOTganges durch die hinzutretende Krümmung des Bimetallstreifens erfolgt, während bei kurzschlußartigen Überlastungen, bei denen die Wirkung des Bimetallstreifens an sich nur eine verzögerte Einleitung des Ausschaltvorganges herbeiführen würde, die Einleitung des Ausschaltvorganges durch die elektrodynamischen Kräfte blitzschnell vollzogen wird.

4.0 Die Abbildungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.

Gemäß den Abb. 1 und 2 ist auf dam Klotz ι ein kräftiger geschlitzter Leiter 2 angeschraubt. Die Stellung dieses Leiters 2 kann durch eine Stellschraube 3 festgelegt werden. Unterhalb des Leiters 2 ist ein dünnerer und gleicMalls geschlitzter Leiter 4 angeordnet, der auch auf dem Klotz 1 festgeschraubt ist und an seinem freien Ende einen' Anschlag 5 trägt.

Je nach den 'Stromrichtungen, welcfie in den Leitern 2 und 4 herrschen, ziehen sich dieselben entweder gegenseitig an, oder sie stoßen einander ab. Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß den Abb. 1 und 2 sind die Enden des Leiters 2 mit den Enden des Leiters 4 so verbunden, daß die Stromrichtungen in beiden Leitern gleich sind; demnach ziehen die beiden Leiter 2 und 4 einander an. Beim Auftreten eines Überstromies entsprechender Größe trifft der Anschlag 5 auf die Klinke 6, die einen Arbeitsspeicher auslöst, so daß die in ihm gesammelte Arbeitsmenge zu beliebiger Verwendung frei wird. Die frei werdende Arbeitsmenge kann in an sich bekannter Weise entweder unmittelbar oder mittelbar zur Trennung der Kontakte benutzt werden. In dem zuletzt genannten Fall dient die frei werdende Arbeitsmen^e zur Öffnung: eines Auslöseschlosses, so daß die Selbstauslösung wirksam werden kann.

Die Einstellung der Auslösestromstärke erfolgt durch Drehung der Schraube 3, wodurch die beiden Leiter 2 und 4 einander genähert oder voneinander entfernt werden. "Die Anordnung der Leiter 2 und 4 auf dem Klotz 1 ist so getroffen, daß der Leiter 2 der Bewegung der Regelschraube 3 folgt, ohne die Stellung des Leiters 4 zu TDeeinflussen.

Um eine Auslösung auch bei geringen, aber lang andauernden Überströmen zu erzielen, bedient man sich der Ausführungsform der Erfindung nach. Abb. 3, die sich von derjenigen nach den Abb. 1 und 2 nur dadurch unterscheidet, daß der Leiter 4, der eine geringere Biegungssteifigkeit hat als der Leiter 2, aus zwei Streifen 4' und 4" besteht, die aus verschiedenen Baustoffen hergestellt sind. Bei geringen Überlastungen genügt zwar die elektrodynamische Anziehung der beiden Leiter 2 und 4 an sich nicht, um den Anschlag 5 in die Auslösestellung zu bringen; besteht aber die geringe Üb erlastung während einer längeren Zeitspanne, so wird die elektrodynamische Anziehung der beiden Leiter 2 und 4 durch die allmählich sich vollziehende Aufwärtskrümmung des Bimetallstreifens 4 derart vergrößert, daß der Anschlag 5 einen Arbeitsspeicher auslöst. Bei kurzschlußartigen Überströmen wird der Bimetallstreifen 4 durch, die elektrodynamische Kraftwirkung blitzschnell ian (den Leiter 2 angezogen, so daß die Vorrichtung als Schnellauslöser wirkt. Der Anschlag 5 des Streifens 4 kann selbstverständlich auch statt auf einen mechanischen Kraftspeicher auf eine elektrische Kontaktvorrichtung wirken, durch die der Stromkreis eines Elektromagneten beim Auftreten einer unzulässigen Überlastung entweder geschlossen oder geöffnet wird, so daß durch die Bewegung des Ankers des^ Elektromagneten in bekannter Weise ent-· weder unmittelbar die Kontakte des Schalters getrennt werden oder das Schloß des Schalters geöffnet wird.

Die Ausführungsform der Erfindung gemäß Abb.4 eignet sich für ein Schaltgerät, das nur bei Überströmen ansprechen soll, deren Stärke einen bestimmten Wert unterschreitet. Diese Anordnung kommt demnach beispiels^ weise dann in Frage, wenn bei besonders hohen Überströmen ein anderer in demselben

Netz liegender Schalter ansprechen soll, nicht aber jener, an dem die Auslösevorrichtung; vorgesehen ist. Die angegebene Wirkung wird dadurch erreicht, daß die Metallteile dies Bimetallstreifen 4 so angeordnet sind, daß die Richtung der Wärmeausdehnungsbewegung desselben der Richtung der durch die elektrodynamischen Kräfte angeregten Bewegung entgegengesetzt ist. Bei der Auslösevorrichtung gemäß Abb. 4 ist der Metallstreifen 4' der Bimetallfeder 4, der den größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, gegenüber dem Leiter 2 angeordnet, so daß der Bimetallstreifen bei seiner Erwärmung durch den Strom bestrebt ist, sich nach oben auszubiegen, während die zwischen den beiden Leitern 2 und 4 herrschenden elektrodynamischen Kräfte bestrebt sind, den Leiter 4 nach unten, also in entgegengesetzter Richtung, zu bewegen. Beim Auftreten geringer länger andauernder Überströme biegt sich die Bimetallfeder 4 entgegen der elektrodynamischen Anziehungskraft nach oben, und ihr Anschlag 5 löst die Klinke 6 aus. Treten jedoch fcurzschlußartige Überlastungen ein, so wird der Leiter 4 blitzschnell an den Leiter 2 angezogen, und die Auslösung der Klinke 6 unterbleibt.

In Abb. S ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die beidien Leiter 2 und 4 einander abstoßen. Dies wird dadurch erreicht, daß der Leiter 2 U-förmig gebogen ist. Eine andere Anordnung, bei der eine gegenseitige Abstoßung der Leiter 2 und 4 stattfindet, zeigt die Abb. 6. Ihr zufolge sind die beiden Leiter 2 und 4 in Reihe geschaltet, und der Leiter 4 ist an dem; Leiter 2 durch Nietverbindung befestigt. Daher werden die Leiter 2 und 4 von demselben Strom durchflossen, und die Kraft, welche die beiden Leiter voneinander abstößt, ist proportional der Größe

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d. h. dem Quadrat des Effektivwertes des, Wechselstromes. Zur Erhöhung der elektrodynamischen Kraftwirkung der beiden Leiter 2 und 4 können dieselben mehrmals gewunden werden, so daß Spulenkörper entstehen. Der Erfindungsgegenstand kann auch durch Anwendung der bei elektrodynamischen Meßinstrumenten gebräuchlichen Schaltungen als stromrichtungs- und leistungsrichtungsempfindliche Auslösevorrichtung ausgebildet werden.

Da die Auslösekraft des Anschlages 5 bei schwachen Stromstärken verhältnismäßig gering ist, soll ein Arbeitsspeicher benutzt werden, der schon bei sehr kleinen auf ihn eiitowirkenden Kräften anspricht. Bei sehr geringen Auslösekräften sprechen alle Speicher an, die sich in einer labilen Gleichgewichtslage befinden. Allerdings haben diese Speicher den Nachteil, daß sie auch bei uner-· wünschten äußeren Einwirkungen! außerordentlich leicht ansprechen. Dieser Übelstand wird bei jenen an sich bekannten Arbeitsspeichern vermieden, die aus einer an ihren Enden eingespannten, durch einen einseitigen Anschlag in labiler Wellenform gehaltenen Feder bestehen. Eine derartige Wellenfeder springt schon beim Auftreten ganz kleiner, von der Seite des sie festhaltenden Anschlages auf sie einwirkenden Kräfte in ihre Bauchform über, ;nimmt also annähernd die Gestalt einer Sinuslinie von der Länge π an und gibt hierbei einen Teil der zum Spannen der Feder aufgewendeten Arbeitsmenge frei. Ihrer hohen Empfindlichkeit wegen und mit Rücksieht darauf, daß die oben beschriebene Speichereinrichtung gegen unerwünschte mechanische Einwirkungen verhältnismäßig unempfindlich ist, eignet sie sich zur Durchführung der Erfindung besonders gut.

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Auslösevorrichtung an elektrischen Schaltern, insbesondere Überstromschaltern, gekennzeichnet durch gegeneinander bewegliche, stromdurchflossene und daher unter dem Einfluß elektrodynamischer Kräfte stehender Leiter (2, 4), von denen ein Leiter (4) beim Auftreten jenes Wertes der Stromstärke, bei dem der Stromkreis des Schalters unterbrochen werden soll, dein Ausschaltvorgang einleitet, indem er eijne zusätzliche Kraft wirksam wer-* den läßt, welche die Trennung der Kontakte des Schalters herbeiführt.

2. Auslösevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine der beiden Leiter einen Arbeitsspeicher auslöst j dessen hierdurch frei werdende Arbeitsmenge entweder unmittelbar die Trennung der Kontakte des Schalters herbeiführt oder ein Auslöseschloß an dem letzteren öffnet.

3. Auslösevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Leiter (4) aus einem Bimetallstreifen (4', 4") besteht.

4. Auslösevorrichtung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile (4', 4") des Bimetallstreifens (4) derart angeordnet sind, daß die Richtung seiner Wärmeausdehnungsbewegung der Richtung seiner durch die elektrodynamischen Kräfte angeregten Bewegung! gleich ist, so daß bei verhältnismäßig geringen Überlastungen, bei denen die elektrodynamischen -Kräfte an sich nicht hin-

reichen würden, tun den Ausschaltvorgang einzuleiten, im Falle einer längeren Dauer solcher Überlastungen die Einleitung des Ausschaltvorganges durch die hinzutretende Krümmung des Bimetallstreifens erfolgt, während bei verhältnismäßig starken Überlastungen, bei denen die Wirkung des Bimetallstreifens an sich nur eine vierzögerte Einleitung des Ausschaltvorganges ίο ' herbeiführen würde, die Einleitung des( Auisschaltvorganges durch die elektrodynamischen Kräfte blitzschnell vollzogen wird.

5. Auslösevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile des Bimetalstreifens derart angeordnet sind, daß die Richtung seijier Wärmeausdehnungsbewegung der Richtung seiner durch die elektrodynamischen Kräfte angeregten Bewegung entgegengesetzt ist, so daß bei verhältnismäßig geringen, längere Zeit hindurch dauernden Überlastungen entgegen der Wirkung der elektrodynamischen Kräfte eine rein thermische Auslösung erfolgt, während bei kurz,-schlußärtiigen Überströmen der Bimetallstreifen entgegen der Richtung seines Wärrneaüsdehnungsbestrebens durch elektrodynamische Kräfte so stark beeinflußt wird, daß er den Ausschaltvorgang nicht einzuleiten vermag.

6. Auslösevorrichtung nach Anspruch 1

oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegungssteifigkeit der beiden Leiter (2, 4) ungleich ist, so daß der biegungssteifere Leiter seine Lage beim Auslösidvorgang nicht verändert und der weniger biegungs*- steife Leiter (4) sich in bezug auf ihn?

beim Auslösevorgang verschiebt.

7. Auslösevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (2, 4) mit einem Schlitz versehen und annähernd eben ausgebildet sind.

8. Auslösevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des biegungssteiferen Leiters (2) durch eine Stellschraube (3) festlegbar ist.

9. Auslösevorrichtung nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter geringerer Biegungssteifigkeit (4) aus einem Bimetallstreifen (4', 4") be-' steht.

10. Auslösevorrichtung nachAnspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der biegungssteifere Leiter U-förmig gebogen ist.

11. Auslösevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter entweder an einer gemeinsamfen Grundlage (1) angebracht sind, oder daß ein Leiter am freien Endie dies anderen! befestigt ist.

12. Auslösevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leiter zueinander parallel oder in Serie geschaltet sind.

13. Auslösevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der beiden Leiter aus mehreren Windungen besteht.

14. Auslösevorrichtung nach Anspruch 2, 7» dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsspeicher eine an sich bekannte an ihren Enden eingespannte, durch eimen ein seitigen Anschlag in labiler Wellenform gehaltene Feder dient, bei der sich die Kraftkomponenten der Wellentei^e nahezu das Gleichgewicht halten und die in ihre Bauchform überspringt und dabei die zum Spannen der Feder aufgewendete Arbeitsmenge frei macht, wenn sie durch die Bewegung eines der beiden Leitetf ausgelöst wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen