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Überstromschnellschalter In dem Bestreben, die Schaltzeit der Überstromschnellschalter
so klein wie möglich zu machen, sind im Laufe ihrer Antwicklung die Massen der beweglichen
Teile auf ein Mindestmaß herabgedrückt worden. Sie sind wesentlich durch die noch
zulässige Stromlichte der stromleitenden Teile bedingt. Im Gegensatz hierzu sind
aber die zur Erzeugung der erforderlichen Beschleunigung notwendigen Magnete noch
groß und teuer.
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Nach der Erfindung wird nun ein neues Mittel angegeben, auch den magnetischen,
kraftliefernden Teil erheblich zu verkleinern und zu verbilligen, und zwar dadurch,
daß zu Beginn der Auslösebewegung die Auslöseamperewindungen über Hilfsruhekontakte
selbsttätig durch eine zusätzliche Hilfsstromwicklung verstärkt werden. Der Vorteil
dieser Anordnung besteht insbesondere darin, daß beim geringsten Anwachsen des Stromes
über den Auslösestromwert trotz kleiner Abmessungen des Auslösemagneten ein ganz
erheblicher Zuwachs an beschleunigender Ausschaltkraft in einem fast beliebigen
Ausmaße herbeigeführt werden kann. Außerdem gestattet die Anordnung in einfacher
Weise eine Ausrüstung des Schalters mit Freiauslösung, wobei sich noch der Vorteil
ergibt, daß Ein-und Ausschaltung von Hand als ' Momentschaltung vor sich gehen.
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Nun ist zwar schon ein Überstromschalter bekanntgeworden, bei dem
außer der die Ausschaltung bewirkenden Stromspule eine Spannungsspule vorhanden
war, die erst nach Beginn der Ausschaltbewegung Strom bekam. Doch hatte diese Spule
die Aufgabe, entgegen der Kraft der Einschaltfeder den Schalter sicher in die Ausschaltstellung
zu bringen, nicht dagegen die Aufgabe, die Schaltgeschwindigkeit zu erhöhen, um
sie den Anforderungen an einen modernen Schalter anzupassen, wie dies,durch die
zusätzliche Hilfsstromspule nach der Erfindung der Fall ist. Mit der bekannten Anordnung
konnte dieses Ziel auch nicht erreicht werden, weil die Spannungsspule nicht imstande
.wäre, mit praktisch tragbaren Abmessungen und Kostenaufwand nennenswerte Beschleunigungen
des Ausschaltvorganges zu erzielen. Außerdem hat der bekannte Schalter den Nachteil,
daß die Wirkung der Spannungsspule um so geringer ist, je schwerer der Kurzschluß
ist, je schneller also zur Vermeidung von Zerstörungen der Kurzschluß abgeschaltet
werden müßte.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Abb. z zeigt den gesamten Schalter von vorn, wobei einzelne Teile
im Schnitt gezeichnet sind. Abb. a und 3, sind Stromzeitdiagramme. Abb. q. zeigt
die einstellbare Kurzschlußdämpfung. In Abb. 5 und 6 sind die Freiauslösung und
die Kipphebel für sich dargestellt. Abb. 7 zeigt die Anordnung einer
gemeinsamen
Welle bei mehrpoligen Schaltern.
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Nach Abb. i- ist-eine: Auslösestromspule erk,:
| mit gdringer Wiridungszahl innerhalb @, |
| Hilfsstromspule a1 mit hoher Windungsä |
| angeordnet, und zwar so, daß die Hilfsstt |
spule a1 nur einen kleinen Nebenstrom fülle;:' solange der Schalter voll eingeschaltet
ist. Der größte Teil des Stromes wird über Kontakte b und bi geführt, zu denen die
Hilf sstromspule,a, direkt oder, im Bedarfsfalle mit einem Ohmschen oder induktiven
Widerstand c in Reihe liegend, parallel geschaltet ist.
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Der bewegliche Teil dieser Hilfskontaktvorrichtung, die Hilf sstrombrücke
d, ist mit dem Magnetkern e fest verbunden und verbindet in der Einschaltstellung
des Schnellschalters die beiden festen Gegenkontakte b und bi miteinander.
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Um besondere Kontaktdruckfedern zu ersparen und eine möglichst enge
zwangsläufige Kupplung aller Kontakte miteinander zu erzielen, ist ein eigenartiges
Kniehebelsystem g, d, g1 mit kleinstem Massenaufwand vorgesehen, welches bewirkt,
daß die zwei Hauptkontaktfedern f, f1 sowohl den Druck für die Hauptkontakte i,
il als auch zugleich für die Hilfskontakte b, b1 liefern.
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Die Steuerhebel g, g1 des Kniehebelsystems ermöglichen ferner einen
großen Kontaktdruck an den Hauptkontakten y, il bei kleinem Kontaktweg und einen
kleineren Druck an den Hilfskontakten b, b1 bei großenf Weg, was bedeutet, daß die
kleinste Verschiebung des Ankers e eine große Widerstandsänderung an den Hilfskontakten
b, b1 hervorruft und den vollen Hauptstrom sofort durch die Hilfsstromspule a1 zwingt.
Die Beschleunigung der beweglichen Massen wird dadurch sehr groß, die Schaltzeit
sehr kurz, und die Überlastung der Hilfsstromspule dl kann wiederum wegen der sehr
kurzen Zeit sehr hoch getrieben werden.
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Der Stromlauf geht dann von Klemme k über den Hauptkontakt
i, Feder f, Verbinder d, Flansch m, Wicklung a, Flansch ia, Kontaktträger
o zur Hilfsstromspule a1; von hier fließt der Strom gegebenenfalls über einen Widerstand
c zum Kontaktträger p und dann über die Feder f1 undKöntaktilzurKlemme k1, während
er vorher nach Passieren der Spule a von Träger o über die Strombrücke
b, d, bi direkt zum Träger p ging. Wenn der Schnellschalter auf den -Auslösestrom
i" (Abb. a) eingestellt ist und der Amplitudenwert der Stromwelle diesen Wert um
ein geringes übersteigt, so beginnt der Anker e und die ohne Spiel mit ihm gekuppelte
Strombrücke d ' sich im Zeitpunkte to zu bewegen, so daß sofort eine Unterbrechung
an den Hilfskontakten b, bi einsetzt. Da der . Stromlauf jetzt plötzlich über die
Hilfsstromspule dl mit hoher Windungszahl erzwungen wird, tritt eine erhebliche
Zugkraftsteigerung ein. Die Windungszahl der Hilfsspule und die Zeit-'onstante des
Hilfsspulenkreises wird nun so ewählt, daß die in der folgenden Viertel-@periode
auftretende Beschleunigungsarbeit, die etwa der schraffierten Fläche in Abb.2 entspricht,
ausreicht, die bereits in Bewegung versetzten Kontaktfedern f, f 1 so weit
und so schnell zubewegen, daß die Hauptkontakte i, il, die gegenüber der Brücke
d infolge der Durchfederung von f, f1 etwas nacheilen, sicher kurz vor Erreichung
des Stronmullwertes zu öffnen bzw. die Kniehebel g, g1 in oder um ein geringes über
die strichpunktiert gezeichnete Strecklage zu bringen sind, so daß der Schalter
in der Ausschaltlage gesperrt ist. Eine Neuzundung des Lichtbogens kann dann in
der nächsten Halbwelle nicht mehr erfolgen.
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Durch richtige Bemessung der Stromspule a1 kann vermieden werden,
daß an den Hilfskontakten b, bi Lichtbogen entstehen, die ein plötzliches Hindurchzwingen
des vollen Hauptstromes durch die Stromhilfswicklung beeinträchtigen. Die Kontakte
bestehen aus einem Stoff, für welchen der Wert der kleinstmöglichen Lichtbogenspannung
möglichst hoch liegt (z. B. aus Silber).
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Bei geringer Überschreitung des Auslösestromes erfolgt die Unterbrechung
des Hauptstromes kurz vor Erreichung des Stromnullwertes,' also praktisch funkenlos,
und eine Neuzündung in der nächsten Halbwelle wird unterbunden, da die Kontakte
dann bereits voll geöffnet sind.
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Bei hoher Überlast oder Kurzschluß im Schalterstromkreis beginnt nach
Abb. 3 die Kontaktbewegung in einem früheren Zeitpunkt t;" und die Beschleunigung
ist entsprechend dem Kurzschlußstrom größer. Es wird aber andererseits auch der
Spannungsabfall an den Hilfskontakten größer, und nun wirkt die einsetzende Lichtbogenbildung
daselbst insofern nützlich, als sie eine zu vorzeitige Öffnung der Hauptkontakte
i, ii dämpft und dadurch den Abbrand an denselben vermindert. Dieser wird nun mit
auf die Hilfskontakte b, b1 verteilt.
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Um für den Fall des Kurzschlusses die Unterbrechung ebenfalls kurz
vor Erreichung des Strömnullwertes zu erzielen, unabhängig von der Wirkung der Lichtbögen
bei b: b1, wird erfindungsgemäß eine sekundäre Kurzschlußwicklung auf dem Magnetkern
angebracht, die den Gesamtquerschnitt desselben oder einen Teil von ihm umfaßt und
die bekanntlich die Tendenz hat, die Ausbildung des Magnetfeldes zu verzögern und
das einmal ausgebildete Magnetfeld aufrechtzuerhalten. Der Ausschaltvorgang wird
also auch bei
Kurzschluß zeitlich hinausgeschoben und mehr nach
dem Diagramm gemäß Abb. a verlaufen.
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In Abb. q. ist eine einstellbare Kurzschlußdämpfung dargestellt. Es
werden die Endwindungen der Stromspule a mit geschlitzten' Metallflanschen m, in
versehen, die durch einen Widerstand w von zweckmäßiger Größe überbrückt werden.
Die Flanschen m und n (Abh. i) dienen zugleich zur festen Halterung der über die
Auslösespule a gewickelten Hilfsspule a1. Der untere Flansch n dient ferner zum
direkten AnschluB an den Kontaktklotz o und der obere Flansch na zum Anschluß der
vom Klotz o isolierten Hauptkontaktfeder f mittels des Verbinders Z.
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Der Schnellschalter ist in weiterer Ausbildung der Erfindung mit einer
besonders einfachen Freiauslösung versehen, bei der keinerlei Klinken und komplizierte
Hebelübersetzungen nötig sind. Sie besteht lediglich aus einer Isolierhandhabe (Schieber)
h,. einem Führungsbolzen q und aus zwei Stützhebeln r, r1 (Abb. 5 und 6). Sie erfüllt
zugleich die wichtige Forderung, daß bei Einschaltung unter Normalstrombelastung
die Hilfskontakte b, b1 erst in die Bereitschaftsstellung geführt werden, damit
keine Auslösung unterhalb des eingestellten Auslösestromes durch die Hilfsstromspule
a1 erfolgen kann.
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Beim Einschalten von Hand wird der Schieber 1a (senkrecht zur Mägnetkernbewegung)
einwärts gedrückt, wobei durch die Kniehebel r, r1 die Hauptkontaktfedern
f, f1 bzw. die Kontakte i, il um einen geringen Betrag weiter geöffnet werden.
Das Kniehebelsystem g, d, g1 wird dadurch entlastet, und der Anker e mit Kontaktbrücke
d wird dadurch infolge des Eigengewichtes (oder mittels Feder, falls der Schalter
zwecks Verwendung für Gleichstrom gegenüber der Darstellung in Abb. i um i8o° gedreht
angeordnet wird) in die Ausgangsstellung zurückgeführt. Wird nun die Handhabe h
über die Totlage der Kniehebel r, r1 zurückgezogen, dann schließen sich erst die
Hauptkontakte i, il. Diese können jetzt, da sie mit der Handhabe nicht fest verbunden
sind, falls noch Überlast oder Kurzschluß hinter dem Schnellschalter besteht, wieder
ungehindert öffnen.
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Durch die I-,'-niehebelfreiauslösung der vorbeschriebenen Art wird
noch mit einfachsten Mitteln ein weiterer wichtiger Vorteil wie folgt ermöglicht:
Beim Einschalten auf Last oder Überlast soll eine zögernde Kontaktgebung zur Verhinderung
des Schweißens vermieden werden (Momenteinschaltung). Eine solche wird im vorliegenden
Fall durch Einschaltung eines Totganges zwischen Kniehebelantriebschieber h und
,einer zweiten eigentlichen Handhabe, etwa Knopf s (Abb. 5 und 6), erreicht. Dieser
Knopf ist verschiebbar in einem Längsschlitz u des Schiebers h.. -Beim Zurückziehen
>s-Knopfes s wird der Schieber h mitgenommen, schnellt aber bei Überschreitung der
Kniehebeltotlage infolge des Druckes der Kontaktfedern f, f1 plötzlich in die Ein-Stellung
und läßt die Hauptkontakte i, il ungehindert in die Schließstellung springen.
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Bei mehrpoligen Schaltern der vorbeschriebenen Art kann statt des
Schiebeknopfes s nach Abb. 7 eine gemeinsame Welle v mit mehreren, - Einschalthebeln
x, die statt der Knöpfe in den Schlitz it der Schieber h eingreifen, vorgesehen
sein.
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Bei Ausschaltung von Hand unter Last wird erfindungsgemäß der Zeitpunkt
der Ausschaltung zwecks Schonung der Kontakte dadurch dem Zufall entzogen, daß mittels
eines Nockens y am Schieber lt zunächst die Barüberliegende Strombrücke d mit den
Hilfskontakten b, bi abgehoben wird, wodurch wiederum eine rasche Öffnung infolge
der verstärkten Magneterregung herbeigeführt wird.
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Bei Verwendung des vorbeschriebenen Ausschaltprinzips mittels Hauptstromspule
für Gleichstrom sind natürlich die bekannten Mittel zur Löschung des Lichtbogens
anzuwenden, entweder Überlagerung einer Stromwelle, die den Strom durch den Nullwert
zwingt, oder, was einfacher ist, die Anwendung eines magnetischen starken Blasfeldes
an den Hauptkontakten oder besonderer Abreißkontakte. Dazu kann das Streufeld der
Spule a1 herangezogen werden, wodurch man auch bei Gleichstrom zu kleineren: Abmessungen
als bisher gelangt. Der besondere Vorteil des beschriebenen Schnellschalters liegt
jedoch in der Eignung für Wechselstrom, weil er mit kleinsten Abmessungen ausführbar
ist und daher mehrpolig ohne zu hohe Kosten ausgeführt werden kann. Das hat wieder
erhöhte Bedeutung bei Gleichrichtern mit großer Anodenzahl, bei denen bisher nur
ein bedingter Schutz durch einpolige Schnellschalter auf der Gleichstromseite möglich
war, weil es, abgesehen von den hohen Kosten, keine mehrpoligen Wechselstromschnellschalter
gab. Kurzschlüsse von Anode zur Anode mußten daher bisher entweder durch die primär
eingebauten mehrpoligen Hauptschalter (Ölschalter), die keine Schnellschalter sind,
abgeschaltet werdeni oder bei Gleichrichtern mit Glaskörpern durch schnellschaltende
Anodenschmelzsicherungen.