DE609690C - Schnellschalter mit mehreren Schaltstufen, insbesondere fuer Reguliertransformatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schnellschalter mit mehreren Schaltstufen, insbesondere für Reguliertransformatoren, bei dem zwischen dem zweckmäßig schleichend bewegten Antriebsteil und dem beweglichen Kontaktteil ein Spannwerk eingeschaltet ist, das zunächst bei festgehaltenem Kontaktteil durch Bewegung des Antriebsteiles geladen wird und bei der darauffolgenden Entladung sprungartig den Kontakt-

10. teil in die neue Schaustellung bringt. Für Reguliertransformatoren haben derartige Schnellschalter den Vorteil, daß die sonst üblichen Überschaltwiderstände eingespart werden können und die üblichen Ausgleichströme nur äußerst kurzzeitig über den Schaltlichtbogen bei der sprungartigen Fortschaltung fließen können. Für den Augenblick der Überschaltung von der einen auf die andere Schaltstufe müssen die Kontaktabstände derartig bemessen sein,

so daß die Spannung einer Stufe nicht zum Aufrechterhalten des zwischen den Kontakten gezogenen Lichtbogens ausreicht.

Bei den bekannten Schnellschaltern für Reguliereinrichtungen wird der bewegliche Kontaktteil meist durch eine Klinke, durch Rasten o. dgl. festgehalten, während das zwischen dem Antriebs- und Kontaktteil eingeschaltete Spannwerk geladen wird. Erst bei einer bestimmten Stellung des Antriebsteils wird dann die Halteklinke ausgerückt oder reicht die Spannwerkskraft zum Ausrücken des Kontaktteiles aus der Rast aus, und der Kontaktteil wird hierauf ruckartig unter Entladung des Spannwerkes in die neue Schaltstellung gebracht. Bei diesen Schnellschaltern besteht die Gefahr, daß beim Fortschalten der springend bewegte Kontaktteil nicht immer in die darauffolgende Schaltstellung gelangt, sondern gelegentlich über diese Stellung hinausgeschleudert wird oder schon vor dieser Stellung zum Stillstand kommt. Oft findet auch nicht die erforderliche Überdeckung der festen und beweglichen Kontaktteile statt, so daß für den Stromübergang viel zu kleine Flächen zur Verfügung stehen, die Schalterkontakte also erhitzt, unter Umständen verbrannt werden.

Diese Mängel werden durch die Erfindung beseitigt.

Erfindungsgemäß wirken im Bereich der Kontaktstellungen auf den bewegten Teil Bremskräfte in solcher Verteilung längs des Schaltweges ein, daß die Bremsarbeit, die während der Schaltbewegung vom Beginn der Berührung des bewegten Teils mit dem darauffolgenden feststehenden Kontakt bis zur erforderlichen Überdeckung der beiden Kontakte zu leisten „ ist, gleich oder kleiner ist als die beim Beginn dieser Kontaktberührung in dem bewegten Teil vorhandene kleinstmögliche kinetische Energie, vermehrt um die in dem Spannwerk an gleicher Stelle vorhandene potentielle Energie, daß aber die längs dieses ganzen Kontaktdurchganges zu leistende Bremsarbeit größer ist als die größtmögliche kinetische Energie des bewegten Teils, vermehrt um die in dem Spannwerk vorhandene potentielle Energie.

Zweckmäßig läßt man die Bremskraft von den Enden der Kontaktschlußbereiche nach

deren Mitte zu ansteigen. Aber unter Umständen kann man auf den beweglichen Teil außer den erwähnten Bremskräften, insbesondere in der Mitte der Kontaktschlußstellungen, andere durch Rasten, Elektromagnete o. dgl. hervorgerufene Widerstandskräfte einwirken lassen. Die Erfindung soll an Hand des in der Zeichnung im Schema dargestellten Beispiels näher erläutert werden.

ίο Abb. ι zeigt eine Schalteinrichtung für Reguliertransformatoren in Ansicht senkrecht zur Schaltbewegungsrichtung,

Abb. 2 einen Teil dieser Einrichtung parallel zur Schaltbewegungsrichtung gesehen. Abb, 3 bis .5 zeigen die Bremskraftverteilung längs der Kontaktschlußstellungen im Diagramm.

Auf der drehbar, aber axial unverschiebbar gelagerten Eisen- oder Stahlspindel 1 laufen ao die durch die Hülse 2 miteinander verbundenen, durch die Stange 3 gegen Drehung gesicherten Muttern 4, 5. Der bewegliche Schaltteil 6 mit den Schaltmessern 7 umschließt mit seiner Nabe lose die Hülse 2 und wird durch die Schraubenfedern 8, 9, die sich mit den einen Enden gegen die Muttern 4, 5 abstützen, in eine Mittellage gedrängt. Die Anschläge 10,11 an den Muttern 4, 5 verhüten ein zu starkes Zusammendrücken der Federn 8, 9 durch den Schaltteil 6. Auch der Schaltteil 6 ist durch den Stab 3 gegen Verdrehung gesichert.

Parallel zur Antriebsspindel 1 sind die feststehenden Kontakte 12 angeordnet, die an die Anzapfstellen der regelbaren Wicklung 13 bzw. an die Ableitungsschiene 14 angeschlossen sind. Jeder der Kontakte 12 besteht aus mehreren in der Schaltbewegungsrichtung hintereinanderliegenden Kontaktfedern. Zwischen diesen Federn bewegen sich die Schaltmesser 7 hindurch. Die von den Federn auf die Schaltmesser ausgeübten Bremskräfte werden, wie die ausgezogenen Linien der Abb. 3 zeigen, zweckmäßig derart ungleichmäßig über die Kontaktlänge verteilt, daß der Reibungsdruck von außen nach der Mitte zu ansteigt.

Zwecks Erhöhung der Reibungskraft über die ganze Kontaktlänge bzw. über den Mittelbereich werden sämtliche Federn bzw. nur die mittleren und die Schaltmesser 7 aus magnetisch leitfähigem Material hergestellt, das durch die die Antriebsspindel 1 umschließende Erregerwicklungen 15 magnetisiert werden kann. Die Magnetisierung erfolgt nur vorübergehend in den Augenblicken, wo die Schaltmesser 7 die Mittelstellung einnehmen oder durchlaufen. Zu diesem Zweck sind dort Kontaktgabestellen 16 angeordnet, die durch den beweglichen Kontaktteil 6 überbrückt werden. In den Überbrükkungsstellungen ist der Stromkreis der Erregerwicklungen 15 über die Stromquelle 17 jeweils geschlossen.

Bestehen sämtliche Kontaktfedern der feststehenden Kontakte 12 aus magnetischem Material, so geht in dem Augenblick, wo das Schaltmesser 7 eine Mittelstellung erreicht, die ausgezogene Bremskraftverteilungskurve der Abb. 3 in die strichlinierte Kurve über, die Bremskräfte werden also wesentlich erhöht.

Abb. 4 zeigt dieselben Verhältnisse für den Fall, daß die Bremskräfte gleichmäßig auf die Kontaktlänge verteilt sind,

Abb. 5 dieselben Verhältnisse für den Fall, daß nur die mittlere Kontaktfeder aus magnetisch leitfähigem Material besteht. Der Schalter arbeitet auf folgende Weise: Durch Drehen der Spindel 1 werden die Teile 2, 4 und 5 beispielsweise schleichend nach rechts bewegt, der bewegliche Teil 6 wird vorerst durch Reibung in der gezeichneten Stellung festgehalten. Die Schraubenfeder 8 wird allmählich zusammengedrückt, bis ihre Widerstandskraft eine solche Größe erreicht hat·, daß sie die ruhende Reibung des Schaltmessers 7 überwindet. Hierauf wird unter Entspannung der Feder 8 der Kontaktteil 6 nach rechts ge- Sg schleudert, seine kinetische Energie bzw. auch die potentionelle Energie der Federn wird in der · darauffolgenden Kontaktfederreihe abgebremst. Die abzubremsende Energiemenge wird im allgemeinen zwischen bestimmten Grenzwerten schwanken, insbesondere von den Reibungsverhältnissen stark abhängig sein. Um nun trotzdem stets einen zuverlässigen Kontaktschluß zu erhalten, sind die durch die Kontaktfedern auf die Messer 7 ausgeübten Bremskräfte derart verteilt, daß jedenfalls die Bremsarbeit, die geleistet werden muß, um die Kontaktmesser 7 gerade zwischen die Kontaktfedern einzuschieben, gleich oder kleiner ist als der normalerweise mögliche geringste Betrag der kinetischen und potentionellen Energie in dem beweglichen Schaltteil 6 und in den Federn 8, 9 an der Stelle des Übergangs des Schaltmessers 7 in die darauffolgende Kontaktfederreihe. Die Messer 7 werden deshalb immer genügend weit zwischen die Kontaktfedern hineingetrieben. Nach vollkommener Abbremsung der genannten Energien werden sie von den Messern festgehalten.

Um nun auch ein Hinausschleudern der Messer 7 über die darauffolgende Kontaktfederreihe zu verhüten, sind die Bremskräfte der Kontaktfedern derart eingestellt und verteilt, daß die Bremsarbeit, die beim Hindurchbewegen des Schaltmessers 7 durch die ganze Kontaktfederreihe geleistet werden muß, jedenfalls größer ist als die normalerweise auftretende größte Menge der kinetischen und potentionellen Energie der bewegten Teile.

Durch die Magnetisierung der Schaltmesser und der Kontaktfedern in den Augenblicken, in denen die Schaltmesser die Mittelstellung einnehmen, erhält man außerdem eine gewisse

Sicherheit/ daß die Schaltmesser auch bei stark schwankenden Reibungsverhältnissen jeweils in

■ ' den Mittelstellungen stehenbleiben, weil in diesen Stellungen auf sie plötzlich wes_entlich höhere Bremskräfte einwirken als in den anderen Stellungen.

Sollten aus irgendeinem Grande die Schaltmesser 7 sich zwischen den Kontaktfedern festsetzen, so wird der bewegliche Kontaktteil 6 ίο nach entsprechendem Zusammendrücken der Federn 8 bzw. 9 durch die Anschläge 10 bzw. 11 gelockert, ...·...

Der Reibungsdruck der Kontaktfedern kann beispielsweise durch entsprechende Vorspannung der Feder, durch Anwendung von Federn verschiedener Steifigkeit o. dgl. auf das gewünschte Maß eingestellt werden. Auch ist es zweckmäßig, die Schraubenfedern 8 und 9 in ihrer Steifigkeit den Bremswiderständen anzupassen oder sie den Bremswiderständen entsprechend vorzuspannen.

Die Schaltsicherheit kann noch dadurch wesentlich erhöht werden, daß man in der Mitte des längeren Kontaktteils die Bremskraft größer macht als die größte Spannkraft des elastischen Zwischengliedes und daß man jeweils durch Nachbewegen des Antriebsteils, in beispielsweise durch Markierungen oder Rasten festgelegte Hauptstellungen, den beweglichen Schaltteil mittels Anschläge (z. B. 10,11, Abb. 1) in die Mittelstellung nachschiebt, falls er nicht schon bei der sprungweisen Bewegung bis in diese Stellung gelangt.

Der Übersichtlichkeit halber ist in dem Schema der Abb. 6 noch die Verteilung der Kräfte und Energien längs des Schaltweges dargestellt, und zwar ist angenommen, daß, wie in Abb. 4, jede einzelne Kontaktfeder die gleiche Bremskraft hat. Zu dem Schaltweg als Abszisse sind die Kräfte als Ordinaten aufgetragen. Mit A B ist die Bremskraft der Schaltfedern bei bewegtem Kontakt, also die Reibung der Bewegung, dargestellt; mit AD die Bremskraft bei stillstehendem Schaltkontakt, also die Reibung der Ruhe. - Der Kontakt 7 (vgl. auch Abb. 1) kommt erst dann in Bewegung, wenn die Kraft A C im Spannwerk, Feder 8, Abb. 1, größer ist als die Reibung der Ruhe A D. Sobald sich der Kontakt 7 in Bewegung gesetzt hat, nimmt die Federkraft proportional mit dem Weg ab und möge bei dem Punkt G gerade den Nullwert erreichen. Bei dem Punkt H trifft der Kontakt 7 auf die Federn der nächsten Schaltstufe ; die in dem beweglichen Kontaktteil vorhandene kinetische Energie ist gleich der Fläche BCEFHJ. Die noch vorhandene potentielle Energie des Spannwerkes ist an dieser Stelle gleich der Fläche FGH. Damit der Kontakt 7 die erforderliche Überdeckung erreicht, muß er mindestens bis zur Linie N N vordringen. Dabei hat er eine Bremsarbeit zu überwinden, die gleich ist der Fläche H L N N. Wie das Diagramm zeigt, ist diese Fläche kleiner als die Fläche BCEGJ; die bei der Erreichung der Mindestüberdeckung geleistete Bremsarbeit ist also kleiner als die bei Punkt H im beweglichen Schalterteil vorhandene kinetische und potentielle Energie. Ja, diese Energien wurden sogar ausreichen, den beweglichen Schaltteil bis zum Punkt G vorwärts zu treiben, da die Fläche H LMG gleich der Fläche BCEGJ ist. Es wird also mit Sicherheit die erforderliche Überdeckung erzielt.

Liegt der Ausgangspunkt des Kontaktes 7 weiter rechts, im Diagramm bei O, ■ so ist im Punkte H die im beweglichen Schalterteil aufgespeicherte kinetische Energie gleich der Fläche EPQLHJ, die potentierte Energie gleich der Fläche if LA. Die Gesamtfläche E P Q RJ ist nun erfindungsgemäß kleiner als die Fläche HLTU, die gleich ist der für einen ganzen Kontaktdurchgang zu leistenden Bremsarbeit. Die Fläche E P Q R J ist gleich der Fläche HLSR, der bewegliche Schaltteil 7 wird also bei dem Punkt R hängenbleiben.

Wie schon dieses einfache Diagramm zeigt, wird bei der angegebenen Abstimmung der Bremsleistung auf die kinetische und potentielle Energie des beweglichen Schaltteils immer ein sicheres Schalten erreicht, und zwar auch dann, wenn sich die Reibungsverhältnisse im Laufe der Zeit ändern sollten. Die Schaltsicherheit wird natürlich wesentlich erhöht, wenn, wie in den Abb. 3 und 5, die Bremskräfte in der Mitte einer Schaltstufe höher sind als an den Rändern, weil hier mit viel größerer Sicherheit der bewegliche Schalterteil immer in der Nähe der Schaltstufenmitte abgefangen wird.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Schnellschalter mit mehreren Schaltstufen, insbesondere für Reguliertransformatoren, bei dem der bewegliche Teil unter Zwischenschaltung eines Spannwerkes sprunghaft bewegt wird, zweckmäßig bei schleichender Bewegung des Antriebsteils, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Kontaktschlußstellungen auf den bewegten Teil Bremskräfte in solcher Verteilung längs des Schaltweges einwirken, daß die Bremsarbeit, die während der Schaltbewegung vom Beginn der Berührung des bewegten Teils mit dem darauffolgenden feststehenden Kontakt bis zur erforderlichen Überdeckung der beiden Kontakte zu leisten ist, gleich oder kleiner ist als die beim Beginn dieser Kontaktberührung im bewegten Teil vorhandene kleinstmögliche kinetische Energie, vermehrt um die in dem Spannwerk an dieser Stelle vorhandene potentielle Energie, daß aber die längs eines ganzen Kontakt- = durchgangs zu leistende Bremsarbeit größer

   ist als die größtmögliche kinetische Energie des beweglichen Teils, vermehrt um die potentielle Energie.
2. 2. Schnellschalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremskraft von den Enden der Kontaktschlußstellen nach deren Mitte zu ansteigt.
3. 3. Schnellschalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem beweglichen Teil, insbesondere in der Mitte der Kontaktschlußstelle, noch Rasten, Haltepole o. dgl. angeordnet sind.
4. 4. Schnellschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den beweglichen und von den feststehenden Kontakten die einen in der Schaltbewegungsrichtung schmäler sind als die anderen und die in der Schaltbewegungsrichtung breiteren, in mehrere, vorzugsweise mechanisch voneinander unabhängige, in der Schaltbewegungsrichtung hintereinanderliegende federnde Glieder unterteilt sind.
5. 5. Schnellschalter nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetwicklung zur Erregung der Haltepole an von dem beweglichen Kontaktteil gesteuerten Schaltern angeschlossen ist.
6. 6. Schnellschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schleichend bewegte Teil des Spannwerkes mit einem Anschlag (10 bzw. 11) versehen ist, der bei einer bestimmten Aufladung des Spannwerkes den sprunghaft bewegten Teil (6) auslöst.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen