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Elektromagnetischer überstromschalter n-it pneumatischer Verzögerungseinrichtung
Bei elektromagnetischen Selbstschaltern hat man den Anker des Elektromagnets miz
pneumatischer Verzögerungseinrichtung versehen, um auf diese Weise dem Elektromagnet
eine Auslösecharakteristik zu geben. Die Verzögerungseinrichtung besteht aus einem
kleinen, am Schaltergestell drehbar befestigten Kolben, in welchem mit Paßsitz,
also mit wenigen Tausendstel Millimeter Spiel, ein am Anker angelegter Zylinder
gleitet. Eine solche Verzögerungseinrichtung ist stromabhängig, denn der Elektromagnet
ist um so mehr in der Lage, den Zylinder entgegen der Luftbremse aus dem Kolben
in kürzerer Zeit herauszuziehen, je höher die Strombelastung ist und umgekehrt.
Derartige verzögerte, rein elektromagnetische Überstromschalter haben neben anderen
erheblichen Vorzügen. den Vorteil, daß ein und derselbe Schalter sich leichter auf
eine höhere oder niedere Nennstromstärke einstellen läßt. Bei Selbstschaltern mit
Bimetallauslöser müßte man den Bimetallstreifen mit einer metallischen Beschwerung
versehen oder dem Heizpaket bzw. bei unmittelbar erwärmten Bimetallstreifen diesem
selbst einen Widerstand zuordnen oder die Eingriffstiefe des vom Bimetall gesteuerten
Sperrhebels ändern, also zur Veränderung der Nennstromstärke Maßnahmen treffen,
die leicht und vor allem in feinstufigen Grenzen nicht durchführbar sind.
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Ausgehend von jenen seit langem bekannten eleletromagnetischen Selbstschaltern,
deren Anker selbsttätig durch einen Bimetallstreifen kurz nach der Einschaltung
dem Elektromagneten genähert wird, hat man zur Änderung der Nennstromstärke vorgeschlagen,
den Ankerhub durch Verstellung des Ankeranschlages zu verändern; auch ist es bekanntgeworden,
bei unverändertem Ankerhub die Spannung der Rückholfeder zu ändern. Beide Wege sind
leicht durchführbar, sie führen aber nur teilweise zum Erfolg.
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Wenn man nach dem erstgenannten Vorschlage den Ankerhub verändert,
so wird zugleich die Spannungskraft der Rückholfeder geschwächt oder verstärkt,
je nachdem ob
man den Ankerhub vergrößert oder verkleinert. Diese
gleichzeitige Änderung der Federspannkraft wirkt sich aus in einer vollständigen
Änderung der Auslösecharak=-teristik. Es ist leicht feststellbar, daß nxW-Abb. i
bei einem elektromagnetischen, pneü@. matisch verzögerten Selbstschalter, der zu=-..
nächst bei einer Einstellung auf eine Nennstromstärke von 2,5 A eine Auslösecharakteristik
nach der Kurve D zeigt, bei Änderung des Ankerhubes und Einstellung auf eine dreifache
Nennstromstärke, also 7,5 A, eine Charakteristik nach der Kurve C sich einstellt.
Durch die Änderung der Nennstromstärke ist also die Verzögerung eine stärkere geworden,
denn bei einer Nennstromstärke von 2 A und zweifacher Überlastung löst der Schalter
nach etwa 0,3 Sekunden bereits aus, während bei einer Nenn: stromstärke von
6 A und gleicher Überlastung die Auslösung erst nach nahezu io Sekunden vor sich
geht.
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Umgekehrt liegen die Verhältnisse, wenn man nach einem weiteren bekannten
Vorschlage zur Änderung der Nennstromstärke unter Beibehaltung des vorgesehenen
Ankerhubes die Spannkraft der Rückholfeder ändert. Es zeigt sich an Hand von Versuchen,
deren Ergebnisse in Abb. i durch- die Kurven E und F veranschaulicht sind, daß bei
einer Steigerung der ursprünglichen Nennstromstärke von beispielsweise 2,5 A auf
7,5 A die Verzögerungswirkung eine geringere wird, der Schalter löste bei zweifacher
Überlastung erst nach rund 7 Sekunden aus, während der gleiche Schalter, auf eine
Nennstromstärke von 7,5 A eingestellt, bei gleicher zweifacher Überlastung schon
nach etwas mehr als i Sekunde anspricht.
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Diese Änderung der Auslösecharakteristik ist naturgemäß unerwünscht,
denn in der Regel ist weniger wichtig die gewollte Nennstromstärke des Selbstschalters,
als, vielmehr seine stromabhängige Wirksamkeit. Das drückt sich z. B. in den weitaus
meisten Fällen dadurch aus, daß die Charakterisierungskurve eines Selbstschalters
innerhalb bestimmter Grenzen liegen muß, die in Abb. i durch die ausgezogenen Kurven
A und B veranschaulicht sind. Weder mittels der Verstellung des Ankerhubes
(Kurven C und D), noch durch Veränderung der Federspannkraft (Kurven E und F) läßt
sich bei dem dargestellten Äusführungsbeispiel die Forderung erfüllen, daß die Charakterisierungskurve
innerhalb des durch die Linien A und B begrenzten Raumes liegen muß.
Denn auch bei bloßer Änderung -der Federspannkraft läßt sich bei großen Nennstromstärken
(Kurve E) nicht vermeiden; daß bei einer Überschreitung des Zehnfachen der Nennstromstärke
der Raum zwischen den Linien A und B verlassen wird. Anzustreben ist
es, daß es gelingt, die Nennstromstärke des Selbstschalters zu verändern, ahne daß
dadurch die Auslösecharakteristik ües Selbstschalters beeinflußt wird, anzustreben
also ist eine Ausführung, bei welcher der Selbstschalter unabhängig von der jeweiligen
Einstellung der Nennstromstärke eine Charakteristik nach der Kurve G besitzt.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen- Überstromschalter
mit pneumatischer Verzögerungseinrichtung, dessen Nennstromstärke durch Einstellung
des Ankerhubes verändert werden kann. Um das gesteckte Ziel zu erreichen, wird nach
der Erfindung vorgeschlagen, den Befestigungspunkt der am Anker angreifenden Rückholfeder
zugleich mit dem den Ankerhub begrenzenden Anschlag verstellbar anzuordnen. Wird
bei einer solchen Ausführung, bei der z. B. der Befestigungspunkt der Ankerrückholfeder
und der den Ankerhub begrenzende Anschlag Teile eines drehbaren oder verschiebbaren
Bügels sind, der durch ein Exzenter verstellt wird, der Ankerhub durch Drehen des
Exzenters verändert, so bleibt trotzdem die Spannung der Rückholfeder dieses Ankers
unverändert; sie wird weder bei einer Vergrößerung des Ankerhubes geschwächt, noch
bei einer Verkleinerung des Ankerhubes gespannt. Es läßt sich durch diese Ausbildung
eines elektromagnetischen Überstromschalters mit pneumatischer Verzögerungseinrichtung
erreichen"daB sich dieNennstromstärke inverhältnismäßig weiten Grenzen von beispielsweise
dem Einfachen bis zum Vier- und Fünffachen des Nennstromes ändern läßt, ohne dadurch
die gewünschte Auslösecharakteristik des Selbstschalters zu beeinflussen. Ein solcher
Selbstschalter besitzt also unabhängig von der jeweils eingestellten Nennstromstärke
eine Charakteristik nach der Kurve G der Abb. i.
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Es ist namentlich bei rein elektromagnetischen Selbstschaltern bereits
vorgeschlagen worden, zu dem bei an sich geringeren, aber durch ihre Zeitdauer schädlich
werdenden Belastungen ansprechenden Hauptanker noch einen Hilfsanker vorzusehen,
dessen Rückholfeder so eingestellt wird, daß dieser Hilfsanker erst bei kurzschlußartigen
Belastungen zum Ansprechen kommt, und zwar unv erzögert. Man kann die Spannung der
Rückholfedei' natürlich auch so einstellen, daß dieser Hilfsanker bereits bei geringeren
als den kurzschlußartigen Belastungen auslöst, man kann also z. B. eine Einstellung
in der Weise vornehmen, daß der Hauptanker stromabhängig, also innerhalb einer der
Höhe der Belastungen entsprechenden Zeit die Überströme bis etwa dem fünfzehn- oder
zwanzigfachen
Nennstrom überwacht, während der Hilfsanker Überströme
plötzlich auszulösen hat, die über dem zwanzigfachen Nennstrom liegen. Nach der
Erfindung wird weiterhin empfohlen, den Befestigungspunkt der Rückholfeder eines
solchen Hilfsankers gleich-. falls als einen, Teil des verstellbaren Bügels auszubilden,
der den Anschlag für den Hauptanker und den Befestigungspunkt für dessen Rückholfeder
bildet. Man erreicht auf diese Weise daß zugleich mit der Änderung der Nennstromstärke
auch die Ansprechgrenze des Hilfsankers verändert wird. Es sei beispielsweise angenommen,
daß der Selbstschalter bei einer Einstellung des Nennstromes auf 2 A bereits bei
der zehnfachen N ennstrombelastung unverzögert auslöst; erfolgt nunmehr eine Umstellung
auf einen Nennstrom vom Dreifachen des ursprünglichen Wertes, also auf 6A, so wird
der Hilfsanker auch erst bei der zehnfachen Nennstromstärke, also bei 6o A, unverzögert
auslösen.
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Weitere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes seien zweckmäßig an
Hand eines Ausführungsbeispiels des Erfindungsgegenstandes erläutert. Abb. 2 zeigt
die wesentlichen Teile eines elektromagnetischen Selbstschalters in Sockelform,
Abb.3 eine Draufsicht auf die Verstelleinrichtung und die Anzeigevorrichtung des
jeweiligen Nennstromes.
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Auf dem Sockel a des Selbstschalters ist in bekannter Weise der ortsfeste
Kontakt b und fest eingespannt die an ihrem freien Ende den beweglichen Kontakt
c tragende Schaltfeder d angeordnet. An dem der Übersichtlichkeit halber nur angedeuteten
Schaltergestell e ist in üblicher Weise der Schaltgriff f drehbar gelagert, der
mittels Laschen mit dem Kniehebelschaltwerk g verbunden ist, das über eine Rolle
1a auf die Schaltfeder d einwirkt. Um die im Schaltergestell e gelagerte Achse i
sind drehbar gelagert der Hauptanker j und der Hilfsanker k, die beide dem Pole
des Elektromagnets in gegenüberliegen. Der Hauptanker j ist als Winkelhebel ausgebildet;
der Schenkel n kann auf den Knickpunkt o des Kniehebelschaltwerkes g einwirken,
er steht mittels einer Lasche p mit dem Kolben der pneumatischen Hemmvorrichtung
in Verbindung, deren Zylinder q drehbar am Schaltersockel a gelagert ist. Der Hilfsanker
k ist als dreischenkeliger Hebel ausgebildet; sein zweiter Schenkel r vermag ebenfalls
auf den Knickpunkt o einzuwirken, während der dritte Schenkel s zur Anlage an einen
Bolzen t kommt, der soweit den festen Anschlag für den Hilfsanker k bildet.
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Um die Achse i drehbar gelagert ist ein Bügel 2, der mit seinem freien
Ende zur Anlage an ein um die Achse 3 drehbares Exzenter q. gelangt. An einem Ansatz
5 dieses Bügels sind die Rückholfeder 6 des Hauptankers und die Rückholfeder7 des
Hilfsankers befestigt, die Feder 6 am Bolzen 8, die Feder 7 -am Bolzen g. Das Exzenter
q. ist auf einer . auf dem Schaltergestell e verschiebbaren Platte ro gelagert,
deren Befestigungsschrauben i i die Platte io in Langlöchern 12 durchsetzen. Die
jeweilige Einstellung der Nennstromstärke wird durch einen über die Skala 13 gedrehten
Pfeil 14 veranschaulicht. Die Skala 13 ist gegenüber der Platte io drehbar, ihre
Befestigungsschrauben 15 durchsetzen die Skalenscheibe 13 in Langlöchern 16. Die
Wirkungsweise ist folgende: Es sei angenommen, daß der Selbstschalter auf die geringste
der gewünschten Nennstromstärken, beispielsweise auf 2,5 A Nennstrom, eingestellt
ist. Der Hauptanker j befindet sich dann also in, seiner am Pol des Elektromagnets
in am nächsten liegynden Ausgangsstellung. Etwaige Ungleichmäßigkeiten in den Abmessungen
der einzelnen Teile, die bei einer Massenfabrikation unveränderlich sind, können
durch Verschieben der Platte io und Festschrauben dieser Platte ausgeglichen werden.
Verschiebt man nämlich die Platte io beispielsweise nach rechts, so wird der Büge12
ebenfalls nach rechts mitgenommen und dadurch der Hub des Ankers j verstellt. Man
kann auf diese Weise die Einstellung so vornehmen, daß' unabhängig von Toleranzabweichungen
der Selbstschalter bei größtmöglicher Nähe der Ausgangsstellung des Hauptankers
j zum Elektromagnet in der Pfeil 14 tatsächlich auf den Anfang der Skala
13 weist.
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Wird nunmehr eine höhere, beispielsweise eine dreifache Nennstromstärke
gewünscht, so wird das Exzenter q. um seine Achse 3 im Sinne des Uhrzeigers gedreht.
Dabei wird der Anschlag 17 am Ansatz 5 des Bügels 2 für den Hauptanker j und ebenso
der Befestigungspunkt 8 der Rückholfeder 6 verstellt, es erfolgt also eine Vergrößerung
des Ankerhubes ohne gleichzeitige Änderung der Spannung der Rückholfeder 6. Mit
der Verstellung des Bügels :2 ist aber auch der Befestigungspunkt g für die Rückholfeder
7 des Hilfsankers k verstellt worden, ohne daß dabei der Hub dieses Hilfsankers
k verändert wurde, der ja durch die Anlage des Schenkels s am Bolzen t einen eindeutig
festliegenden Anschlag besitzt. Die Verstellung des Bügels 2 hat zur Folge, daß
zugleich der Hub des Hauptankers j ohne Änderung der Spannung seiner Rückholfeder
6 und umgekehrt die Spannung der Rückholfeder 7 ohne Änderung des Hubes des Hauptankers
k verändert wurden. Der Selbstschalter hat nunmehr eine Nennstromstärke von 7,5
A, der Hauptanker k
spricht bei dem gleichen Vielfachen der Nennstromstärke
unverzögert an, bei welchem er bei der ursprünglichen Einstellung ausgelöst hatte.
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Der Bügel 2 muß nicht drehbar angeordnet sein, es kann sich ebenso
um einen geradlinig verschiebbaren Teil handeln. Die Kurve des Exzenters 4 ist an
sich beliebig; es kann sich also um einen Kreisbogen handeln, dessen Mitte außerhalb
der Drehachse 3 liegt. Man kann aber der Kurve des Exzenters eine andere als kreisförmige
Gestaltung geben. Das wird insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn sich bei der
Verstellung des Hubes des Hauptankers j, die ja auf die Lage des Hilfsankers k ohne
Einfluß ist, eine Verlagerung des Kraftfeldes herausstellen sollte. Die Kraftlinien
des Elektromagnets na können möglicherweise in ihrem Verlauf unerwünscht geändert
werden, wenn bei einer Einstellung auf das Vierfache der ursprünglichen N ennstromstärke
der Anker j in seiner Ausgangsstellung verhältnismäßig weit vom Pol des Elektromagnets
in liegt, während der Hilfsanker k seine Ausgangsstellung unverändert beibehalten
hat. Man kann durch eine besondere Formgebung des Exzenters 4 hierin einen Ausgleich
schaffen.