Elektrische Umformungseinrichtung mit mechanisch bewegten Kontakten
Die Erfindung betrifft die Verbesserung einer Anordnung zur Umformung von Wechselstrom
in Gleichstrom, oder umgekehrt, oder von Wechselstrom .gegebener Frequenz in Wechselstrom
anderer Frequenz mit mechanisch bewegten Kontakten, die mittels eines in einem beweglichen
Lagerring laufenden Exzenters über ein Getriebe entgegen der Kraft von Rückführfedern
angetrieben werden, wobei die-Antriebskraft gewöhnlich von einem Synchronmotor geliefert
wird. Bisher war es nicht möglich, derartige Kontakteinrichtungen zum periodischen
Schalten von Starkstrom zu verwenden, weil die Kontakte durch das an ihnen auftretende
Schaltfeuer schon nach verhältnismäßig kurzer Zeit bis zur Betriebsunfähigkeit beschädigt
wurden. Eine der Ursachen dafür besteht in ungenauer Einhaltung der Kontaktschließungsund.-öffnungszeiten
infolge mechanischer Abnutzungserscheinungen, die im Dauerbetrieb bei hoher Schalthäufigkeit
durch die Reibung zwischen dem antreibenden Exzenter und den mit ihm periodisch
in Eingriff kommenden Getriebeteilen entstehen können. Es ist deswegen vorgeschlagen
worden,' das Exzenter in einem besonderen Ring zu lagern, der sich langsam oder
gar nicht mitdreht, und an dessen Außenfläche die die Antriebskraft weiterleitenden
Getriebeteile unter Federdruck anliegen. Die Lagerung des Exzenters in dem ihn umgebenden
Ring kann als Gleitlager
oder auch als Kugellager ausgebildet seit].
Dieses Lager ist erheblichen Kräften unter-
worfen, die von den Rückführfedern der Ge-
triebeteile und von den wegen des erforder-
lichen Kontaktdruckes besonders kräftig aus-
gebildeten Rückführfedern der bewegten Koa-
takte herrühren. Es müßten. infolgjdessen in
manchen Fällen besondere Maßnahmen zur
künstlichen Kühlung oder zur Verringerung
der Lagerreibung getroffen, z. B. eine Ull-
druckschmierung alige-,vendet «-erden. Dies
bietet aber Schwierigkeiten, weil sich das
ganze Exzenterla.ger während des Betriel)cs
ständig in Bewegung befindet.
Diese Schwierigkeiten können erfindungs-
gemäß vermieden und damit die zur Ver-
ineidung schädlichen Schaltfeuers erforder-
lichen Kontaktzeiten auch bei längerem Datier-
betrieb genau eingehalten werden, indem das
Exzenterlager durch zusätzliche, auf dein
Lagerring angebrachte Massen mindestens
teilweise von den zu übertragenden mechani-
schen Kräften entlastet wird.
Die Zusatzmassen können entweder an eiti-
zelnen regelmäßig, über den L-infang des I_z@
gerringes verteilten Stellen angebracht rein,
<lie gesamte Zusatzmasse kann.aber auch Tiber
den ganzen Umfang gleichmäßig verteilt :ein,
z. B. in Form eiti@s zusätzlichen Ringes oder
einfach durch Verstärkung des außerenLager-
ringes über das sonst notwendige Maß his.i-
aus.
Die Zusatzmasse bildet zusatninen finit den
'hassen- und Federkräften der bewegten Ge-
triebe- und Schaltteile ein schwingendes
Svstem, wobei die vom Exzenter in Umlauf-
bewegung versetzte Zusatzmasse durch ihre
Flielikraftwirkung mind,-stens einen Teil der
von außen auf das Exzenterlager einwirken-
den Kräfte aufhebt. Dadurch wird die oben
beschriebene besondere Ausbildung des Ex-
zenterlagers überflüssig.
Eine praktisch vollständige Entlastung des
Exzenterlagers wird erreicht, wenn die zu-
sätzlichen Massen derart angeordnet und be-
inessen sind, daß sie zusammen mit den Mas-
sen- und Federkräften der bewegten Getriebe-
und Schaltteile ein bei Betriebsdrehzahl in
Resonanz oder Resonanznähe schwingendes
Svstem bilden. Das Exzenter dient dann bei
Fetriebsdrehzubl nur noch zur Führung des
Lagerringes und zur Überwindung der Dämp-
fungskräfte. Abgesehen vom Anlaufvorgang
braucht infolgedessen der Antriebsmotor nur
ein geringes Drehmoment aufzubringen.
Von dem schwingenden Svstem gehen nun
aber Kräfte aus, die nach der dem Lagerring
entgegengesetzten Seite hin auf die Abstiitz-
punkte der Kontaktdruckfedern einwirken.
Man kann diese Kräfte von hier aus auf das
Fundament der Kontakteinrichtung übertra-
gen und zu diesem Z-,vecke diejenigen Gettrll--
teile verstärkt ausbilden, welche die Abstütz-
punkte der auf die bewegter] Schaltteile wir-
kenden Kontaktdruckfedern mit dein Fanf_1a-
inent verbinden.
Zuweilen ist es aber mit Rücksicht auf die
Nachbarschaft nicht zulässig, mechanische
Schwingungen auf das Fundament zu
Für diesen Fall kann eine weiter
Verbesserungsmaßnahme dahingehend getrof-
fen werden, daß die Schwingungsprä fte in]ier-
halb der Kontakteinrichtung selbst im wesent-
lichen ausgeglichen werden. Es ist bekannt,
eine Welle mit exzentrischen Ansätzen da-
durch auszuwuchten, daß auf ihr Zusatz-
niassen um i8o' versetzt gegenüber dein
Schwerpunkt der exzentrischen Ansätze
gebracht sind. Werden nun darüber hinaus
dics° Zusatzmassen verstärkt odi=r vermehrt,
so treten weitere Kräfte auf, die den Flieji-
kräften der exzentrischen Ansätze cntgcgen-
gesetzt gerichtet sind. Besteht nun ein kraft-
schlüssiger Verbindungsweg zwischen !ler
Welle und den Koiitaktdruclzfedl- i-ti, so wir-
ken die von der Zusatzmasse auf der Welle
ausgeh-,nden überschüssigen Kräfte auf dein
genannten kraftschlüssigen Wege den oben-
erwähnten Schwingungskräften entgegen,
deren Weg weiter oben bis zu den Abstütz-
ltinkten der Kontaktdruckfedern verfolgt
wurde, so daß mindestens teilweise ein inn-
rer Ausgleich stattfindet. Der genannte kraft-
schlüssige Verbindungsweg führt von <iet-
Welle über die Wellenlager und die Teile,
die diese Lager niit den Abstützpunkten (1t17
Kontaktdruckfedern verbinden. Diese Teile
müssen also verstärkt ausgeführt werden.
Hier sind zwar wtederuin unter Umstä n.den
besondere -Maßnahmen erforderlich. um die
Reibungskräfte in den äuß; ren Wellenlagern
zu vermindern. Diese Lager sind je@docli zum
Unterschied vom Exzenterlager nicht bewe-
1-Ich, sondern ruhend und können daher ohne
Schwierigkeiten mit der erforderlichen gro-
ßen Lagerfläche, mit besonderen Kühleinrich-
tungen oder mit einer Zusatzschmierung -,-ei--
sehen: werden.
In der Zeichnung sind in den Fig. i und 2
_4usführungsbeispiele d:17 Erfindung darge-
stellt. Gleiche oder entsprechende Teile sind
in beiden Figuren finit den gleichen Bezugs-
zeichen versehen.
Auf der Welle i i sitzt ein 1;xzcnter 12.
Beide laufen beispielsweise in Pfeilrichtung
um. Der zugehörige Antriebsmotor ist ]licht
finit dargestellt, ebenso nicht die äußeren
Lager der Welle in dem Grundkörp-_r 13. l)as
Exzenterlager ist nach Fig. i ein Kugellager
1.4 mit dem inneren Lagerring 15, der auf
das Exzenter 12 aufgepaßt ist und finit diesem
zusammen umläuft. Der äußere Lagerring
ist mit 16 bezeichnet. Auf ihm befindet sich die Zusatzmasse
30 in Form eines Ringes.. Der äußere Lagerring 16 mit der Zusatzmasse
30 wird z. B. .durch kleine Federn 33, die a111 Gehäuse 13 aufgehängt sind,
oder durch ein am Gehäuse geführtes sogenannt°s Blindpleucl gehindert, ebenfalls
eine Umlaufbewegung auszuführen. An dem Grundkörper 13 sind drei Kontaktsätze mit
Hilfe von Isoliereinsätzen 27 eingesetzt. Die Zahl der Kontaktsätze kann beliebig,
gerade oder ungerade, sein, erforderlich ist jedoch eine symmetrische Anordnung
zur Wellenachse zumindest für diejenigen Stellen, an denen die Antriebskraft vom
Exzenter auf den ihn benachbarten Getriebeteil übertragen wird. Auf den E.insatzstÜck.en
2; befinden sich die ruhenden Kontakte 2i und 22, an die die elektrischen Zuleitungen
angeschlossen sind. Zur Schließüng und üffnung 'der Unterbrechungsstellen dient
ein Überbrückungskontakt 2o, der mit sehr kleiner Masse ausgestattet ist und an
dem außer einer kräftigen Kontaktdrackfeder 23 keine weiteren Teile angebracht sind.
Die Kontaktdruckfeder 23 stützt sich gegen einen Steg 2d., der mittels Bolzen 25
am Grundkörper 13 befestigt ist. Die Antriebsl;raft wird auf die Kontaktbrücke
20 durch einen Stößel 17 übertragen, der vorteilhaft aus faserigem, mit Kunstharz
getränktem Isolierstoff mit möglichst geringer -Tasse (z. B. durch Pröfilierung
seines Querschnittes) hergestellt und an seinem unteren Ende mit einem Metallansatz
18 versehen ist. Eine Rückführfeder i9 sorgt dafür, daß der Stößel dauernd mit dem
äußeren Lagerring des Exzenters in Eingriff steht. Da nun zwischen den letztgenannten
!"eilen bei Betrieb eine dauernde periodisch hin und her gehen-,Je Bewegung stattfindet,
wie aus den verschiedenen Stößelstellungen in Fig. i erkennbar ist, sind zur Verminderung
der Reibung Rollen 26 in Aussparungen am äußeren Umfang des Exzenterlagers, also
am Zusatzring 3o, angebracht, die aus gehärtetem Stahl bestehen und eine Wälzbewegung
an dem aus gleichem Werkstoff bestehenden Stößelende 18 ausführen. Zur Auswuchtung
des Exzenters i2 dient die Zusatzmasse 31, die neben dem Exzenter .angebracht ist,
um i8o° gegenüber diesem versetzt. Eine weitere Zusatzmasse 3.2 in der gleichen
Lage dient dazu, Schwingungskräfte zu erzeugen, die über die Welle ii, ihre Lager
im Gehäuse 13. das Gehäuse 13 selbst und die Bolzen 25 die auf den Steg 2,4
wirkenden Schwingungskräfte teilweise ausgleichen, welche von dem äußeren Lagerring
i.6 .der Zusatzmasse 30, den Stößeln 17, den bewegten Kontakten 2o und den Federn
i9 und 23 herrühren- Der nicht ausgeglichene Rest wird über entsprechend stark äusgeführte
Füße 28 und Bolzen 29 auf das Fundam,ent 'übertragen.Electrical converting device with mechanically moving contacts The invention relates to the improvement of an arrangement for converting alternating current into direct current, or vice versa, or from alternating current .given frequency into alternating current of a different frequency with mechanically moving contacts, which by means of an eccentric running in a moving bearing ring via a gear driven against the force of return springs, the driving force usually being supplied by a synchronous motor. So far it has not been possible to use such contact devices for the periodic switching of high-voltage currents, because the contacts were damaged by the switching beacon occurring on them after a relatively short time until they became inoperable. One of the reasons for this is the inaccurate adherence to the contact closing and opening times as a result of mechanical wear and tear, which can arise in continuous operation with high switching frequencies due to the friction between the driving eccentric and the gear parts that periodically engage with it. It has therefore been proposed to 'store the eccentric in a special ring, which rotates slowly or not at all, and on the outer surface of which the transmission parts transferring the driving force rest under spring pressure. The storage of the eccentric in the ring surrounding it can be used as a plain bearing or also designed as a ball bearing since].
This camp is subject to considerable forces
thrown by the return springs of the
drive parts and the necessary
the contact pressure is particularly strong.
formed return springs of the moving koa
come from bars. It should. consequently in
in some cases special measures for
artificial cooling or reducing
the bearing friction hit, z. B. a Ull
pressure lubrication alige, used «earths. this
but offers difficulties because the
whole eccentric bearings during operation) cs
is constantly in motion.
These difficulties can
accordingly avoided and thus the
avoiding harmful switching fire
contact times even with longer dating
operation are strictly adhered to by the
Eccentric bearings through additional, on your
Bearing ring attached masses at least
partly from the mechanical
cal forces is relieved.
The additional masses can either be
individual regularly, via the L-infang of the I_z @
small distributed places attached purely,
The entire additional mass can, but also Tiber
evenly distributed over the entire circumference: one,
z. B. in the form of eiti @ s additional ring or
simply by reinforcing the outer bearing
ringes beyond the otherwise necessary measure of his.i-
the end.
The additional mass is also finite
'' hate and spring forces of the moving mind
transmission and switching parts a vibrating
System, whereby the
additional mass displaced by their
Flow force effect at least part of the
act on the eccentric bearing from the outside
cancels the forces. This will do the above
special training of the ex-
center bearing superfluous.
A practically complete relief of the
Eccentric bearing is reached when the
additional masses so arranged and loaded
it is essential that they, together with the
and spring forces of the moving gear
and switching parts on at operating speed in
Resonance or close to resonance vibrating
Form a system. The eccentric is then used
Fetriebsdrehzubl only to guide the
Bearing ring and to overcome the damping
managers. Apart from the start-up process
as a result, the drive motor only needs
to apply a small torque.
Now go from the swinging system
but forces from that after the bearing ring
opposite side towards the support
points of the contact pressure springs act.
You can apply these forces from here to the
Foundation of the contact device transferred
gen and to this Z-, vecke those Gettrll--
reinforce the parts that support the
points that affect the moving] switching parts
kenden contact compression springs with your Fanf_1a-
inent connect.
But sometimes it is out of consideration
Neighborhood not allowed, mechanical
Vibrations towards the foundation
In this case one can continue
Improvement measures taken to this effect
ensure that the vibration tests are
half of the contact device itself essentially
be balanced. It is known,
a wave with eccentric approaches
by balancing that on her additional
wet by i8o 'opposite yours
Focus on the eccentric approaches
are brought. Are now beyond that
dics ° additional masses increased odi = r increased,
so further forces appear, which the Flieji
forces of the eccentric approaches cntgcgen-
set are directed. Is there now a force
coherent connection path between! ler
Wave and the Koiitaktdruclzfedl- i-ti, so we-
ken from the additional mass on the shaft
running out of excess forces on your
the above-mentioned non-positive ways
against the mentioned vibration forces,
their way further up to the support
tracks of the contact compression springs
so that at least partially an innate
rer compensation takes place. The aforementioned force
coherent connection path leads from <iet-
Shaft over the shaft bearings and the parts,
which these bearings with the support points (1t17
Connect contact compression springs. These parts
must therefore be carried out more intensively.
There are certain circumstances here
special measures required. to the
Frictional forces in the ex; ren shaft bearings
to diminish. These camps are per @ docli for
Difference from the eccentric bearing does not move
1-I, but dormant and can therefore without
Difficulties with the required large
large storage area, with special cooling equipment
or with additional lubrication -, - one-
will see.
In the drawing are in Figs
_4examples d: 17 invention illustrated
represents. Are the same or corresponding parts
in both figures finitely the same reference
mark.
On shaft ii there is a 1; xzcnter 12.
Both run, for example, in the direction of the arrow
around. The associated drive motor is] light
finite represented, neither are the external ones
Bearing of the shaft in the body _r 13. l) as
The eccentric bearing is a ball bearing according to FIG
1.4 with the inner bearing ring 15, which is on
the eccentric 12 is taken care of and finite this
running around together. The outer bearing ring
is denoted by 16. On it is the additional mass 30 in the form of a ring. The outer bearing ring 16 with the additional mass 30 is z. B. by small springs 33, which are suspended from a111 housing 13, or prevented by a so-called blindpleucl guided on the housing from also executing a rotary movement. Three sets of contacts are inserted on the base body 13 with the aid of insulating inserts 27. The number of contact sets can be any, even or odd, but a symmetrical arrangement to the shaft axis is required, at least for those points where the drive force is transmitted from the eccentric to the gear part adjacent to it. On the E.insatzstÜck.en 2; are the resting contacts 2i and 22, to which the electrical leads are connected. A bridging contact 2o is used to close and open the interruption points, which is equipped with a very small mass and to which, apart from a strong contact drawer spring 23, no other parts are attached. The contact compression spring 23 is supported against a web 2d. Which is fastened to the base body 13 by means of bolts 25. The drive force is transmitted to the contact bridge 20 by a plunger 17, which is advantageously made of fibrous, synthetic resin-soaked insulating material with the smallest possible cup (e.g. by profiling its cross-section) and provided with a metal attachment 18 at its lower end is. A return spring 19 ensures that the plunger is permanently in engagement with the outer bearing ring of the eccentric. Since there is a constant periodic to-and-fro movement between the last-mentioned! " that is attached to the additional ring 3o, which are made of hardened steel and perform a rolling movement on the plunger end 18 made of the same material. a further additional mass 3.2 in the same position is used to generate vibrational forces ii about the shaft, its bearings in the housing 13, the housing 13 itself and the bolts 25 acting on the web 2.4 vibrational forces partially compensate for that of the outer bearing ring i.6. the additional mass 30, the plungers 17, the moving contacts 2o and the springs i9 and 23 originate - the unbalanced remainder is transferred to the foundation 'ent' via correspondingly strongly guided feet 28 and bolts 29.
Ist eine gerade Zahl der Unterbrechungsstellen gegeben, so empfiehlt
es sich, diese paarweise gemäß Fig.2 anzuordnen, wobei die Kraftübertragung vom
äußeren Lagerring 16 auf die Stößel i7 durch zwei Winkelhebel 3:a. vermittelt wird,
die um am Gehäuse ruhend gelagerte Achsen 35 schwingen. Die Zusatzmassen
30 sind hier in Form von Einzelmassen am Umfang des Lagerringes 16 regelmäßig
angeordnet. Das Lager selbst ist hier als Gleitlager ausgebildet. Die übrigen Teile
der Fig. 2 stimmen mit denen der Fig. i im wesentlichen überein.If there is an even number of interruption points, it is advisable to arrange them in pairs as shown in FIG. is conveyed, which oscillate about axes 35 resting on the housing. The additional masses 30 are here regularly arranged in the form of individual masses on the circumference of the bearing ring 16. The bearing itself is designed as a plain bearing here. The remaining parts of FIG. 2 are essentially the same as those of FIG.
Vorteilhaft wird bei der vorliegenden Umformungsanordnung, um Beschädigungen
der Kontakte durch Schaltfeuer praktisch vollkommen zu vermeiden, in an sich bekannter
Weise Strom und Spannung an der Unterbrechungsstelle gleichzeitig in der Weise beeinflußt,
daß mittels in Reihe mit den Unterbrechungsstellen geschalteter veränderlicher Impedanzen,
vorzugsweise sogenannter Schaltdrosseln., mit sich bei einem sehr kleinen Augenblickswert
des Stromes in der Nähe des Stromnulldurcliganges sprunghaft sättigendem, gegebenenfalls
vormagnetisiertem Eisenkern eine stromschwache Pause hervorgerufen und zugleich
er Anstieg der wiederkehrenden Spannung an den sich öffnenden Kontakten durch einen
zur Unterbrechungsstelle parallel geschalteten, vorzugsweise kapazitiven Nebenpfad
verzögert wirr], der bewirkt, .daß der größte Teil der Spannung von der Schaltstelle
hinweg an die damit -in Reihe liegenden Impedanzen, in erster Linie an die jedesmal
gerade im entsättigten Zustand befindliche und daher einen größenordnungsmäßig etwa
tausendfachen Widerstand aufweisende Schaltdrossel verlegt wird, bis j edesmal der
Kontaktabstand groß'genug gworden ist, so daß keine Rückzündung stattfinden kann.In the present reshaping arrangement, it is advantageous to avoid damage
practically completely avoiding contacts by switching fire, in itself known
Influence current and voltage at the point of interruption at the same time in such a way that
that by means of variable impedances connected in series with the interruption points,
preferably so-called switching throttles., with a very small instantaneous value
of the current in the vicinity of the current zero duration suddenly saturating, possibly
pre-magnetized iron core caused a low-current break and at the same time
he increase in the return voltage on the opening contacts by a
Preferably capacitive secondary path connected in parallel to the point of interruption
delayed confused], which causes .that most of the voltage from the switching point
away to the impedances lying in series, primarily to each time
just in the desaturated state and therefore of the order of magnitude
Thousands of resistance having switching throttle is relocated until each time the
Contact distance has become large enough that no re-ignition can take place.