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Elektrisches Schaltgerät mit zusätzlicher Schnellausschaltung Die
Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Schaltgerät mit zusätzlicher Schnellausschaltung
und ist anwendbar auf alle elektrische Schaltapparate, die in die Schließstellung
gebracht und geschlossen gehalten werden durch eine iri beliebiger Weise hervorgebrachte
Kraft, wie z. B. Verklinkung, Daumenscheiben, Elektromagnet, Druckluft oder Motor.
Sie findet insbesondere, jedoch aber nicht ausschließlich, bei selbsttätigen Ausschaltern,
Relais und Schützen Anwendung.
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Die rüit den eben erwähnten Mitteln bewirkte, normalerweise durch
Abstellung der Haltekraft gesteuerte Öffnungsbewegung des Schalters benötigt zumeist
einige Hundertstel bzw. Zehntel einer Sekunde. Eine solche Zeit ist für normale
Ausschaltung (bei normalen Strom- bzw. mäßiger Überlastung) nicht übertrieben groß;
unter Umständen, z. B. bei Kurzschluß, muß jedoch der Schalter den Strom viel rascher,
etwa in einigen Tausend= stein einer Sekunde unterbrechen.
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Zu diesem Zweck wurde bereits vorgeschlagen, auf den beweglichen Teil
des Schalters eine große Kraft wirken zu lassen, welche den Schalter dadurch zu
öffnen strebt, daß sie die oben näher bestimmte Haltekraft überwindet.
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Diese größere Kraft wird von einem besonderen, sog. Beschleunigungsorgan
erzeugt, welches z. B. auf Überstrom bzw. auf Kurzschluß anspricht und von dem die
Steuer-bzw. Haltekraft liefernden Organ verschieden ist. _ Dieses bekannte Verfahren
weist mehrere Nachteile auf: Zuerst ist es nicht immer leicht oder möglich, diese
Steuer- und Haltekraft zu überwinden, z. B. falls sie von einer starren Klinkvorrichtung,
oder von einer Daumenscheibe geliefert wird, die zur Öffnung des Schalters erst
zerbrochen werden müßte, oder auch im Falle pneumatisch gesteuerter Schütze, deren
Öffnung nur durch Anlegen einer Kraft möglich -ist, welche diejenige der Druckluft
zu überwinden vermag. Außerdem kann das notwendige Zurückdrängen des die Haltekraft
ausübenden Organs infolge der Trägheit der beim Öffnen zu bewegenden Massen (z.
B. des Magnetankers bei elektromagnetischen Schützen) den Ausschaltvorgang bedeutend
verlangsamen.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die "Empfindlichkeit der
Beschleunigungsvorrichturig,
d. i. die Kraft, die nötig ist, um
entgegen der Wirkung der Haltekraft das Öffnen des Schalters zu bewirken, wesentlich
| von der Haltekraft selbst abhängt. Die |
| Empfindlichkeit ist daher nicht immer k c. |
| stänt und hängt z. B. vom Druck der auf ei'r@ei |
Kraftkolben einwirkenden Druckluft ab.'-' Endlich kann unter Umständen die Kraft;
i welche das Ausschalten bewirkt hat, infolge der Ausschaltbewegung selbst verschwinden
und das Steuer- und Halteorgan doch weiter bestrebt bleiben, den Stromkreis wieder
zu schließen. Dann tritt das bekannte Pumpen ein, welches nur dadurch vermieden
werden kann, daß indem Stromkreis ein zweiter, mit dem ersten in Reihe angeordneter
Schalter vorgesehen wird, was aber eine unliebsame und kostspielige Komplikation
bedeutet; die oft in bezug auf den zur Verfügung stehenden Raum und auf die Bedienung
der Anlage Schwierigkeiten bereitet.
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Diese Nachteile sollen durch die Erfindung behoben werden. Nach deren
Wesen besteht bei dem elektrischen Schaltgerät mit zusätzlicher Schnellausschaltung
zwischen dem Beschleunigungsorgan, dem beweglichen Hauptkontakt und dem Steuer-
und Halteorgan eine dauernde, stetig wirkende mechanische Gelenkverbindung starrer
Glieder, wie z: B. Stangen oder Hebel, deren Stellungsänderung durch das Beschleunigungsorgan
bei unzulässigen Stromverhältnissen durchweg streng kraftschlüssig in solcher Weise
erfolgt, daß der bewegliche Kontakt unter der Wirkung der ihm von dem Beschleunigungsorgan
zwangsläufig und stoßfrei übertragenen Kraft in die offene Stellung geführt wird
und dort unbedingt verbleibt.
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Nachstehend soll die Erfindung an Hand der schematischen Zeichnung
näher erläutert werden, welche als Ausführungsbeispiele zwei verschiedene Schütze
darstellt. Abb. i, 2 und 3 zeigen ein in bekannter Weise pneumatisch öder elektropneumatisch
gesteuertes Schütz mit um einen festen Punkt drehbarem Hauptkontakt. Abb. 4 zeigt
ein in ebenfalls bekannter Weise, aber elektromagnetisch gesteuertes Schütz, dessen
beweglicher Hauptkontakt an einer am Anker des Steuerelektromagnets angebrachten
Achse ängelenkt ist. In Abb. i bis 3 ist das erste Schütz in drei verschiedenen
Stellungen abgebildet. Abb.4 stellt das zweite Schütz in zwei verschiedenen Stellungen
(die eine punktiert gezeichnet) dar, wobei die normale Ausschaltstellung (mit abgefallenem
Anker) nicht gezeichnet wurde.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Abb: r wird das Schütz normalerweise
durch einen in einem Druckluftzylinder. i beweglichen Kolben 2 gesteuert. Der Kolben
2 ist beispielsweise über Kniehebel 4 mit dem bewegliehen Kontakt 3 und das Kniegelenk
5 über eine Zugstange 6 mit der Beschleunigungsvorrichtung ? verbünden; welche eine
in Rich-`t urig des Pfeiles (Abb. 3 links) wirkende raft entwickelt, die auf den
Kontakt 3 unter ingehung des normalen Steuerorganes übertragen wird:.
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"' Als Beschleunigungsvorrichtung wurde hier beispielsweise der bewegliche
Anker eines von dem durch die Hauptkontakte fließenden Strom erregten, auf einen
bestimmten maximalen Wert dieses Stromes ansprechenden Elektromagnet gewählt. Bleibt
der Strom unterhalb dieses Wertes, dann wird der Anker von einer Feder 9 auf einen
festen Anschlag io gedrückt. Die drei Drehpunkte der Kniehebe1 q: liegen. dann in
eixier Geraden, und es besteht infolgedessen zwischen dem Kolben :2 und dem beweglichen
Kontakt 3 eine zwangsläufige Verbindung derart, daß die Bewegungen des Kolbens praktisch
ohne Durchdrückung der Kniehebel unmittelbar auf den Kontakt übertragen werden,
wenn Druckluft in den Zylinder i eingelassen wird (Abb. i), oder wenn der Druckluftzylinder
entleert wird (Abb. 2) . Dabei vollführt die Zugstange 6 eine leichte Drehbewegung,
so daß die drei Drehpunkte der Kniehebel nicht genau in gerader Linie bleiben. Um
diese Bewegungen der Zugstange 6 und des Kniegelenkes 5 möglichst klein zu halten,
genügt es, die erstere verhältnismäßig lang und den Hub des Kolbens :2 entsprechend
kurz zu wählen.
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übersteigt bei geschlossenem Schütz der Hauptstrom einen bestimmten
Höchstwert, dann bewegt sich das Beschleunigungsorgan in Richtung des Pfeiles (s.
Abb.3), wobei dasselbe das Kniegelenk 5 zwangsläufig nach links zieht und somit
die Kniehebel 4 derart bleibend beugt, daß der bewegliche Kontakt 3 den Stromkreis
sofort ungeachtet der etwa weiter andauernden Wirkung der Druckluft auf den Kolben
2 und ohne Entleerung des Zylinders i dauernd unterbrechen muß.
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Wie aus den Abb. i bis 3 ersichtlich, ist eine Feder 8 bestrebt, den
beweglichen Kontakt 3 zu öffnen, während eine zweite, regelbare Feder 9 den Anker
7 gegen den Anschlag io drückt, solange die Anziehungskraft des Elektromagnets die
Kraft dieser Feder nicht übersteigt. Die Feder g gestattet infolgedessen die Einstellung
der Beschleunigungsvorrichtung. Die Feder 8 strebt danach; die Kontakte trotz der
Wirkung der Feder 9 immer weiter zu trennen, sobald eine genügende Bewegung der
Kniehebel eingetreten ist; dessen Beugung ist somit bleibend und das Schütz kann
sich unmöglich von selbst wieder schließen. Soll das. Schütz geschlossen werden,
so muß zuerst der Druckluftzylinder entleert werden, wobei die Kniehebel gestreckt
und
die starre Verbindung zwischen dem Kolben 2 und dem beweglichen
Kontakt 3 wiederhergestellt wird. Erst bei der Wiederzuführung von Druckluft wird
das Schütz geschlossen. Besteht in dem Augenblick, wo sich die Kontakte von neuem
berühren, ein Kurzschluß, so spricht die Beschleunigungsvorrichtung an und bewirkt
die sofortige Wiederöffnung des Schützes, welches erst dann wieder geschlossen werden
kann, wenn der Druckzylinder zunächst entleert und darauf wieder unter- Druck gesetzt
wird. Dadurch wird ein Pumpen sicher vermieden.
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Das in Abb..I als zweites Ausführungsbeispiel dargestellte Schütz
hat elektromagnetische Steuerung. Das normale Steuer-und Halteorgan ist hier der
um die feste Achse 1q. drehbare Winkelhebel 13, an dem der Anker 2 des Elektromagnets
i i starr befestigt ist. Dieser Elektromagnet wird bekannter Weise von einem Hilfsstromkreis
gespeist.
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Der Winkelhebel 13 ist an beiden Enden mit je einer Achse 16
bzw. 18 versehen. Um die Achse 16 ist ein Hebel 15 drehbar, welcher
den beweglichen Hauptkontakt 3 trägt. Das freie (rechte) Ende des Hebels 15 ist
mit der Achse 18 des Winkelhebels 13 mittelst einer Zugstange i9 und eines um die
Achse 18 schwingenden, doppelarmigen Hebels 17 verbunden; mithin bilden die
Hebel 13, 15, 19
und 17 zusammen eine veränderbare mechanische Verbindung
(Polygon). Außerdem lenkt sich im Punkte 23' am linken Ende des Hebels
17 eine Zugstange 22 an, welche andererseits in 24. am Ende eines um eine
feste Achse 25 drehbaren zweiarmigen Hebels 20 angelenkt ist. Der freie (untere)
Arm des Hebels 20 trägt das Beschleunigungsorgan 7, welches in Richtung des Pfeiles
21 wirkt und im normalen Betrieb auf einem Anschlag 27 ruht, worauf er mittelst
einer Feder 26 gedrückt wird, die nach Bedarf gespannt werden kann. Hier wird somit
die von dem Beschleunigungsorgan 7 entwickelte Kraft wiederum auf den beweglichen
Kontakt 3 übertragen, ohne das normale Steuer- und Halteorgan zu beeinflussen. Damit
sich die Zeichnung übersichtlicher gestaltet, wurde der obere Arm des Hebels 2o
kurvenförmig dargestellt, damit dessen Projektion diejenige der übrigen Teile nicht
deckt. Wird nämlich das Schütz in normaler Weise geschlossen oder geöffnet, dann
projiziert sich das Gelenk 23 der Zugstange 22 mit dem Hebel 17 genau auf die Drehachse
1q. des Winkelhebels 13. Die beiden Achsen 23 und i q. sind aber voneinander
getrennt, und es liegt die eine in der verlängerten Richtupg der anderen, was durch
die voll ausgezogene Darstellung der Teile 17, 19, 22 und 2o angedeutet ist,
welche über der Seitenansicht der anderen Organe liegen. Eine solche Anordnung ist
praktisch ohne Schwierigkeit ausführbar.
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Mit den daran knüpfenden Gliedern bilden die drei Achsen 23, 24 und
25 wiederum Kniehebel mit Totpunkt, nur in umgekehrter Anordnung als bei Abb. i,
da das Kniegelenk hier in 2d., d. i. mit Bezug auf die beiden anderen Gelenke 23
und 25 außerhalb derselben anstatt dazwischen liegt.
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Bei unbeeinflußtem Beschleunigungsorgan 7 wird der Hebel 2o, wie gesagt,
von der Feder 26 auf den festen Anschlag 27 gedrückt. Dann liegen die drei Achsen
23, 2q., 25 in einer geraden Linie, und es besteht zwischen dem Ankerhebel 13
und dem beweglichen Kontakt 3 eine zwangsläufige (starre) Verbindung derart, daß
die Bewegungen des Ankers 12 und des Hebels 13 auf den Kontakt 3 ohne Durchdrückung
des Kniehebels übertragen werden, möge der Elektromagnet i i erregt (Schließung)
oder stromlos (Öffnung) sein. Mit anderen Worten, es hat eine Drehung des Ankerhebels
13 um seine Achse 14 auf die Starrheit des Kniegelenkes keinen Einfluß. Spricht
aber bei geschlossenem Schütz das Beschleunigungsorgan 7 an, dann nimmt dasselbe
den Hebel 2o in Richtung des Pfeiles 21 mit. Infolgedessen schnellt das Gelenk 2q.
nach links -in die Stellung 2.fa, wodurch das Gelenk 23 in die Lage 23a und die
Glieder 2,2; 17, 19 und 15 in die punktiert gezeichnete Stellung kommen.
Der bewegliche Kontakt 3 unterbricht somit den Stromkreis, ohne daß der Hebel 13
bzw. der Stromkreis des Steuerelektromagnets i i irgendwie beeinflußt werden. Das
Ausschalten vollzieht sich sehr rasch, da der der Entregung des Magnets i i entsprechende,
verhältnismäßig große Zeitverlust sowie auch die von der Trägheit des Ankerhebels,
13 herrührende Verzögerung in Wegfall kommen.
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Die Feder 26 drückt den Hebel 2o auf den Anschlag 27, solange die
von dem Beschleunigungsorgan 7 ausgeübte Kraft die Kraft dieser Feder 26 nicht übersteigt.
Mit dieser Feder kann die Empfindlichkeit des Apparates geregelt werden. Eine am
Hebel 17 angreifende zweite Feder 28 ist bestrebt, den beweglichen Kontakt
von dem festen Kontakt zu entfernen, und zwar entgegen der Kraft der Feder 26, sobald
die aus den Gelenken 23, 2q., 25 bestehenden Kniehebel genügend gebeugt sind. Infolgedessen
ist diese Beugung bleibend, so daß sich das Schütz unmöglich von selbst wieder schließen
kann.
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Soll der Hauptstromkreis wieder geschlossen werden, so ist zuerst
der Stromkreis des Elektromagnets i i zu unterbrechen, wodurch der Ankerhebel 13
nach rechts abfällt und die drei Gelenke 23, 2d., 25 wieder in eine gerade Linie
zu liegen kommen. Dadurch wird die
zwangsläufige Verbindung zwischen
dem Hebel 13 und dem beweglichen Kontakt 3 wiederhergestellt. - Das Schütz schließt
sich erst, wenn der Elektromagnet i i von neuem erregt wird.
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Als Beschleunigungsorgan läßt sich hier auch eine an sich bekannte,
bei plötzlichen Stromänderungen, z. B. bei Kurzschluß, ansprechende andere Vorrichtung
verwenden. Dieselbe besteht aus einer am unteren Arme des Hebels 2o starr befestigten
in sich geschlossenen Wicklung (bzw. Kurzschlußring), die einen Teil des Feldes
umfaßt, welches von einer mit dem Hauptstrom in Reihe geschalteten, am besten auf
einem lamellierten Eisenkörper von zweckentsprechender Form sitzenden Spule erzeugt
wird. Tritt eine plötzliche Stromzunahme, z. B. ein Kurzschluß, atü, so wird in
der betreffenden kurzgeschlossenen Wicklung ein starker Strom von solcher Richtung
induziert, daß die Kurzschlußwicklung mit bedeutender Kraft vom Felde abgestoßen
wird. Diese Abstoßung in der Richtung des Pfeiles 2 1 wird auf den Hebel 15
übertragen und zwingt den Kontakt 3, den Hauptstrom-. kreis zu öffnen, ohne daß
der Anker :2 die angezogene Stellung verläßt.
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Zur Ausführung des Erfindungsgegenstandes ist jede beliebige Beschleunigungsvorrichtüng
geeignet, welche unter dem Einfluß irgendeiner Betriebsgröße bzw. der Änderungen
derselben mit Bezug auf die Zeit; z. B. auf Maximalstrom, auf Stromzunahme je Zeiteinheit
u,sw., ,anspricht. Bei den obigen Ausführungsbeispielen wurden lediglich zur Erleichterung
der Beschreibung zwei verschiedene Beschleunigungsvorrichtungen gewählt, ebensogut
könnte aber in beiden Fällen die gleiche oder irgendeine ändere passende Vorrichtung
zur Verwendung gelangen.
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Der Einfachheit halber wurde in vorstehendem angenommen, daß der bewegliche
Kontakt mit dem ihn tragenden Hebel ein starres Ganzes bildet; selbstverständlich
läßt sich die Erfindung ohne weiteres auch für den Fäll anwenden, daß der bewegliche
Kontakt an dem betreffenden Hebel federnd angebracht ist, so daß er sich beim Schließen
auf den festen Kontakt wälzt.