DE828117C

DE828117C - Elektrische Umschaltvorrichtung

Info

Publication number: DE828117C
Application number: DEM5541A
Authority: DE
Inventors: Albert Monchamps
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-08-09
Filing date: 1950-08-09
Publication date: 1952-01-14
Also published as: CH287686A; GB689257A; FR996131A; BE497346A

Description

(WGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 14. JANUAR 1952

M 5541 VIIIbjnc

Die Erfindung betrifft eine verbesserte elektrische Umschaltvorrichtung, die gestattet, einen ersten elektrischen Stromkreis abwechselnd und sehr rasch mit dem einen oder dem anderen zweier weiteren elektrischen Stromkreise zu verbinden, wobei der Übergang von einer Verbindung zur anderen fortschreitend und ohne Stromunterbrechung erfolgt.

Diese Umschaltvorrichtung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende, miteinander in Verbindung stehende Teile aufweist: zwei Kontaktsätze mit festen und beweglichen Kontaktklötzen, wobei jeder dieser Sätze aus einem Hauptkontakt und einer Reihe von Hilfsübergangskontakten besteht, die einerseits zu dem zugehörigen Hauptkontakt parallel und andererseits mit je einem Übergangswiderstand in Reihe liegen, ferner zwei Stangen, längs deren jeder zumindest ein Teil der beweglichen Kontaktklötze des einen Satzes aufgereiht ist, welche Kontaktklötze von den zugehörigen festen Kontaktklötzen verschieden weit entfernt sind, so daß die genannten Kontakte sowohl bei der Öffnung wie bei der Schließung in einer vorbestimmten Reihenfolge nacheinander betätigt werden, ferner einen diese beiden Stangen verbindenden Kippbalken und einen Mechanismus mit zwei Gleichgewichtsendlagen, zwischen welchen dieser Kippbalken schwingen kann.

Diese Vorrichtung ist insbesondere anwendbar für Apparate zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses von Transformatoren, zur Umschal- tung ohne Stromunterbrechung der Anzapfungen einer ihrer Wicklungen, die von einem mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gekuppelten Wahlschalter ausgewählt werden, und die Erfindung be-

trifft ebenfalls den aus der Vorrichtung und einem solchen Wahlschalter zusammengesetzten Apparat. Weitere Kennzeichen gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.

In den nur als Beispiel dienenden Zeichnungen stellt dar

Abb. ι eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Abb. 2 eine schematische Vorderansicht des Mechanismus mit den Gleichgewichtsendlagen,

Abb. 3 die Antriebs- und Widerstandsdrehmomente als Ordinaten in Abhängigkeit von den Winkelstellungen des Steuermechanismus als Abszissen,

xj Abb. 4 bis 7 Schaltbilder, welche die Umschaltkontakte und den fortschreitenden Übergang von einer Verbindung zur anderen zeigen.

Das erste dieser Schaltbilder (Abb. 4) zeigt den ersten elektrischen Leiter 1, der abwechselnd und in fortschreitender Form ohne Stromunterbrediung mit einem Leiter 2 und dann mit einem anderen Leiter 2" verbunden werden soll.

Zu diesem Zweck ist zwischen dem Leiter 1 und jedem der Leiter 2 und 2⁰ ein Kontaktsatz mit festen und beweglichen Kontaktklötzen angeordnet. Jeder dieser Sätze besteht aus einem riauptkontakt 3 bzw. 3" und einer Reihe von Hilfsübergangskontakten4, 5, 6, 7, 8 bzw. 4", 5", 6°, 7°, 8". Diese Hilfskontakte liegen parallel zu den zugehörigen Hauptkontakten, und andererseits liegt jeder von ihnen in Reihe mit einem entweder rein induktiven Übergangswiderstand 9 bzw. 9⁰ oder einem teilweise ühmschen 10 bzw. 10" und teilweise induktiven 11 bzw. ii^a oder einem rein Ohmschen Übergangswiderstand. Eine Ausführungsart dieser Kontakte wird weiter unten angegeben.

Dies für die in Abb. 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung vorausgesetzt, ist die Umschaltvorrichtung folgendermaßen verwirklicht: Sie besitzt eine Grundplatte 12, eine oberste Platte 13 und parallel zu der Grundplatte so viele Zwischenplatten 14, 15 . . ., wie in jeder Kontaktreihe Parallelkontakte vorgesehen sind, z. B. sechs in dem in Abb. 4 gebrachten Beispiel. Die Zwischenplatten 14, 15 ...

und die oberste Platte 13 sind aus den Strom nicht leitendem Material. In Abb. 1 sind nur zwei dieser Zwischenplatten wiedergegeben, die irgendwie, z. B. durch Stangen 16 mit Abstandsröhren 17 und Muttern 18, festgehalten sind. Jede dieser Zwischenplatten weist zwei kreisförmige Öffnungen 19 auf, deren Mittelpunkte auf zwei zu den Zwischenplatten und der Grundplatte senkrechten Achse A-A und B-B liegen. Auf diesen Achsen lassen sich zwei starre Stangen 20, 20" abwechselnd auf und ab bewegen.

Diese in geeigneter Weise, z. B. in der oberen Platte 13, geführten Stangen sind in 21 und 2i° über Isolierwürfel 22, 22⁰ an einen Kippbalken 23 angelenkt. Dieser Balken kann um einen Achsstumpf 24 mit einer zu der von den Achsen A-A und B-B bestimmten Ebene senkrechten Achse C-C schwingen. Dieser Achsstumpf wird von einem auf der Grundplatte 12 befestigten Träger 25 getragen.

Der Kippbalken 23 trägt zwei Achsstümpfe 26, auf welchen zwei Rollen 27 lose gelagert sind. Diese Rollen arbeiten mit einem Nocken 28 zusammen, der auf einer Welle 29 aufgekeilt ist, deren Achse D-D parallel zur Achse C-C läuft. Diese Welle dreht sich in einem an dem Träger 25 befestigten Lager 30 und zwei auf der Grundplatte 12 befestigten Böcken 31.

Diese Welle kann in Richtung des Pfeiles f¹ oder in umgekehrter Richtung durch einen Steuermechanismus mit zwei Gleichgewichtsendlagen gedreht werden, z. B. durch den weiter unten beschriebenen Mechanismus M. In einer dieser Lagen, z. B. der dargestellten, ist die Stange 20 gesenkt und die andere 20" angehoben und umgekehrt für die andere Endlage.

Die Stangen 20 und 20" tragen die zu den Kontakten 3 bis 8 bzw. 3° bis 8" gehörenden Kontaktklötze.

Zu diesem Zweck sind auf der betrachteten Stange 20 bzw. 20^a für jeden Kontakt zwei Anschläge 32,33 befestigt, von denen der erste in einer Bewegungsrichtung der Stangen 20, 20" mittels eines Federrings 34 festgehalten ist, der sich in eine Quernut 35 der Stange legt, während der zweite in beiden Richtungen durch zwei Federringe 36 und 37 festgehalten ist, die in zwei Quernuten 38 und 39 der Stange 20 bzw. 20" liegen. Zwischen jedem Satz von zwei Anschlägen 32 und 33 auf der betrachteten Stange ist eine Scheibe 40, 41 ... 45 bzw. 40", 41" . . . 45" frei beweglich montiert (s. Abb. 1, 4 und 7), die den beweglichen Kontaktklotz des betreffenden Kontakts 3, 4 ... 6 bzw. 3°, 4° . . . 6" bildet. Eine zwischen jeder den beweglichen Kontaktklotz bildenden Scheibe und dem Anschlag 32 eingesetzte Feder 46 ist bestrebt, den genannten beweglichen Kontaktklotz gegen den anderen Anschlag 33 zu drücken, wobei sie den Anschlag 32 gegen den oberen Rand der Quernut 35 drückt.

Die beweglichen Kontaktklötze 40 und 40" der Hauptkontakte 3 bzw. 3" arbeiten mit festen Kontaktklötzen zusammen, die jeder aus einem auf der Isolierplatte 14 befestigten Ring 47 bzw. 47" bestehen.

Von den durch die Scheiben 41, 41". . . gebildeten beweglichen Kontaktklötzen der Übergangskontakte arbeitet jeder mit einem festen Ring 48, 48" von aus zwei rechten Winkeln gebildetem Z-förmigem Querschnitt zusammen, der auf der Platte 15 usw. befestigt ist. Im Innern jedes Rings, z. B. 48 oder 48", ist eine Blasspule, z. B. 49, angeordnet, deren eines Wicklungsende mit dem Ring und deren anderes ^U5 mit dem Ohmschen Teil des Übergangs widerstandes, z. B. 10 bzw. io" (Abb. 4), verbunden ist.

Die Anschläge 33 sind auf den Stangen 20, 2o^a derart befestigt, daß, wenn die betreffende Stange gesenkt ist (Stange 20 in Abb. 1), diese Anschläge 33 unterhalb der oberen Flächen der festen Kontaktklötze 47, 48 ... 47", 48" liegen, und zwar um einen von dem Hauptkontäkt nach den aufeinanderfolgenden Hilfsübergangskontakten zunehmenden Betrag entfernt; mit anderen Worten, in Abb. 1 ist die Entfernung χ kleiner als die Entfernung ν usf.

Die Stangen 20 und 20^a sind, z. B. über Laschen 50, 50⁰ und Kabelschuhe 51, 51", an die Leiter 2 und 2° angeschlossen, während die festen Kontaktklötze 47, 48 ... 47", 48" mit dem Leiter 1 (Abb. 4) verbunden sind, oder umgekehrt.

Wenn unter diesen Bedingungen eine Stange, z. B. die Stange 20 in Abb. 1, gesenkt ist, liegen alle beweglichen Kontaktklötze 40, 41 ... auf den festen Kontaktklötzen 47, 48 ... unter dem Druck der Feder 46 auf, und die elektrische Verbindung¹ 1-2 ist bewerkstelligt (Abb. 4).

Sobald eine Stange, z. B. 20, durch den Kippbalken 23 unter Wirkung des Nockens 28 angehoben wird, treffen die Anschläge 33 nacheinander auf den unteren Flächen der beweglichen Kontaktklötze, z. B. 40, 41 . . ., auf und entfernen sie von ihren zugehörigen festen Kontaktklötzen, zuerst des Hauptkontakts und im weiteren Verlauf der Übergangskontakte.

So sind in Abb. 5 der Hauptkontakt 3 und in Abb. 6 der Hauptkontakt 3 und die Übergangskontakte 4 und 5 geöffnet. Gleichzeitig bewegt sich die andere Stange, z. Jj. 20", nach unten, und ihre Kontakte schließen sich in umgekehrter Reihenfolge.

So ist in Abb. 5 der Kontakt 8" geschlossen, während in Abb. 6 die Kontakte 8", 7", 6" geschlossen sind. Während des ganzen Vorgangs bleiben also ein Hauptkontakt und eine gleichbleibende Anzahl von Übergangskontakten geschlossen. Wenn schließlich die Stange 20 in ihrer oberen und die Stange 2o^a in ihrer unteren Endstellung angekommen sind, sind die Kontaktstellungen umgekehrt zur Ausgangsstellung (vgl. Abb. 4 und 7).

Man erkennt, daß durch die Verwendung mehrerer paralleler Kontakte und die sich daraus ergebende Unterteilung des Übergangswiderstandes die zwischen den Klötzen der Abschaltekontakte entstehenden Potentialunterschiede mit der zulässigen Abschaltleistung jedes der Übergangselemente vereinbar bleiben, und dies trotz allfälliger Überströme aus Anlaß einer Überlastung oder eines Schlusses im Laststromkreis.

Im übrigen wäre zu bemerken, daß, wenn der Anschlag 33 auf einer Scheibe, z. B. 41 bzw. 41", auftrifft und den Kontakt öffnet, dank der Blasspule 49 jedes Übergangskontakts der zwischen dem Ring 48 bzw. 48" und der Scheibe entstehende Lichtbogen durch die elektrodynamische Wirkung des Stromes auf das von der Blasspule erzeugte Magnetfeld gelöscht wird.

Die ganze Vorrichtung kann vereinfacht werden, indem man die Blasspulen aus Widerstandsdraht fertigt, so daß jede einzelne Spule einen der betreffenden Stufe des Schaltvorgangs angepaßten Ohmschen Widerstand aufweist.

Die im Laufe der Umschaltung abzustrahlende Verlustenergie bleibt in annehmbaren Grenzen, denn die Umschaltung erfolgt sehr rasch, insbesondere bei Verwendung des jetzt zu beschreibenden Steuermechanismus M.

Auf der das Abschaltkontaktsystem betätigenden Achse 29 (Abb. 1 und 2) ist ein Steuerhebel 52 freidrehend gelagert. Dieser Hebel 52 trägt an seinem Ende einen Achsstumpf 53 mit der zur Achse D-D parallelen Achse E-E und wird durch eine Art Kurbelstange 54 (Abb. 1) bewegt. Diese Kurbelstange ist z. B. mit einem Umschalter für die Wicklungsanzapfungen eines Transformators verbunden; unter der Wirkung dieser Kurbelstange 54 wird diesem Hebel auf der Achse 29 eine hin und her gehende Drehbewegung um einen bestimmten Winkel erteilt.

Auf der Achse 29 ist ein zweiter Hebel 55 aufgekeilt. Dieser Hebel trägt eine Kulisse 56, in welcher sich eine vorzugsweise mit einer Laufrolle ausgestattete Achse 57 bewegen kann, die von einem dritten gabelförmigen Hebel 58 getragen wird. Dieser Hebel ist freidrehend auf einer von festen Lagern 60 getragenen Hilfswelle 59 mit zu D-D paralleler Achse F-F gelagert. Auf dieser Hilfswelle 59 ist außerdem ein Ritzel 61 freidrehend gelagert, das in einen auf dem Steuerhebel 52 befestigten Zahnsektor 62 eingreift. Das Ritzel trägt einen seitlichen Zapfen 63, der an einem bestimmten Punkt seiner Drehung sich entweder unmittelbar an die Seitenflächen des Hebels 58 anlegt und ihn in seiner Bewegung mitnimmt (Abb. 2) oder an die eine oder andere der auf diesen Flächen vorgesehenen Erhöhungen 64, 64" (Abb. 1).

Eine Zugfeder 65 verbindet die Achsstümpfe 53 und 57.

Dieser Mechanismus arbeitet wie folgt: In der Ausgangsstellung (Abb. 1) befinden sich der Steuerhebel 52, der auf die Welle 29 des Abschaltekontakts aufgekeilte Hebel 55 und die Feder 65 in derselben durch die Achsen D-D und E-E bestimmten Ebene, während der Hilfshebel58 senkrecht zu dieser Ebene steht; sie können sich also nicht bewegen, da sie sich gegenseitig abstützen. Weiter berührt der Zapfen 63 des Ritzels 61 den Anschlag 64 des Hebels 58.

Wenn man nun die Kurbelstange 54 in Richtung des Pfeiles /² (Abb. 1) vordrückt, so schwingt der Steuerhebel 52 um einen sich fortschreitend vergrößernden Winkel in Richtung des Pfeiles /³ (Abb. 2), und die Feder 65 spannt sich zwischen dem Achsstumpf 53, der sich auf einen Kreisbogen G-G bewegt, und dem die Achse 57 tragenden Ende des Hebels 58.

Während des ganzen ersten Teils des Weges ist die Wirkung der Feder auf den Hebel 58 bestrebt, ihn in gegen den Hebel 55 abgestützter Stellung zu erhalten.

Wenn dann die Kreisbewegung des Achsstumpfs 53 fortschreitet, wechselt die Zugrichtung 53-57 der Feder 65 auf den Hebel 55 nach der anderen Seite J*5 der festen Achse F-F und übt auf diesen Hebel ein Drehmoment aus, das bestrebt ist, ihn fortzuziehen und die Abstützung zwischen ihm und dem Hebel 55 aufzuheben. In Abb. 2 hat diese Abstützung aufgehört.

Sobald der Hebel 58 seine Schwenkbewegung in Richtung des Pfeiles /⁴ (Abb. 2) begonnen hat, erhöht die Fortbewegung des Angriffspunktes der Feder 65 auf den Hebel 58 rasch die Wirksamkeit des Federzuges. Die Achse 57, die sich in der Kulisse 56 des Hebels 55 bewegt, der in Richtung des

Pfeiles /⁵ um die Achse D-D schwingt, zieht diesen, und die Bewegung setzt sich rasch fort, bis zu dem Augenblick, wo die Hebel 56 und 58 in zur Ausgangsstellung symmetrischer Stellung sich wieder gegenseitig abstützen.

Indessen setzt der Steuerhebel 52, der der durch die Feder 65 bewirkten raschen Bewegung der anderen Hebel nicht gefolgt ist, seinen Weg fort und dreht über seinen Sektor 62 das Ritzel 61, dessen Zapfen 63 am Ende des Weges entweder an der Erhöhung 64" des Hebels 58 oder gegen die Seitenfläche dieses Hebels selbst anstößt und damit, falls erforderlich, die Einstellung der beiden Hebel in ihre Endlage endgültig gewährleistet, falls die rasche Bewegung aus irgendeinem Grunde nicht zu Ende gekommen oder nicht richtig erfolgt ist.

Die folgende Umschaltung erfolgt durch zu den beschriebenen entgegengesetzte Bewegungen.

In Abb. 3 stellen die Ordinaten b der Kurve H das

ao durch die Feder 65 verursachte Rückzugdrehmoment in die Endstellungen in Abhängigkeit von dem Weg α des Achsstumpfes 53 als Abszisse dar. Wie man sieht, ist dieses Drehmoment am größten für die beiden Gleichgewichtsendlagen O und O¹ und

»5 nimmt dazwischen geringere Werte an. Die Kurve/ stellt die Veränderung des durch die Stangen 20, 20° unter Wirkung der verschiedenen Federn 46 verursachten Widerstandsdrehmoments dar. Diese teils positive, teils negative Veränderung ändert den allgemeinen Gang des Gesamtdrehmoments (Kurve /) nicht wesentlich, und man erkennt, daß das Rückzugdrehmoment seine Höchstwerte für die Endlagen 0 und O¹ beibehält, gegen die der Mechanismus also selbsttätig himstrebt.

Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, die nur beispielsweise gewählt wurden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 40

i. Elektrische Umschaltvorrichtung, die gestattet, einen ersten elektrischen Stromkreis (1) abwechselnd und sehr rasch mit dem einen oder dem anderen zweier weiterer elektrischen Stromkreise (2, 2^a) zu verbinden, wobei der Übergang von einer Verbindung zur anderen fortschreitend und ohne Stromunterbrechung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende miteinander in Verbindung stehende Teile aufweist: zwei Kontaktsätze (3, 4 ... 3°, 4⁰) mit festen (47, 47" ... 48, 48° ...) und beweglichen Kontaktklötzen (40, 41 ... 40°, 41° ...), wobei jeder dieser Sätze aus einem Hauptkontakt (3, 3") und einer Reihe von Hilf sübergangskontakten (4, 5... 4⁰, 5".. .) besteht, die einerseits zu dem zugehörigen Hauptkontakt parallel und andererseits mit je einem Übergangswiderstand (10, io°) in Reihe liegen, ferner mindestens zwei Stangen (20/ 20°), längs deren jeder zumindest ein Teil der beweglichen Kontaktklötze (40, 41 ... 40°, 41" .. .) des einen Satzes aufgereiht ist, die von den zugehörigen festen Kontaktklötzen (47, 48 ... 47", 48" . . .) verschieden weit entfernt sind, so daß die genannten Kontakte sowohl bei der öffnung wie bei der Schließung in einer vorbestimmten Reihenfolge nacheinander betätigt werden, ferner einen diese beiden Stangen (20,20") verbindenden Kippbalken (23) und einen Mechanismus (M) mit zwei Gleichgewichtsendlagen, zwischen welchen dieser Kippbalken schwingen kann.
2. Elektrische Umschaltvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stange (20, 20") für jeden Kontakt mit zwei auf ihr befestigten Anschlägen (32, 33) versehen ist, zwischen welchen das bewegliche Kontaktelement (40, 41 ... 40", 4i^a . . .) verschiebbar montiert ist, und daß eine Feder (46) zwischen dem einen der genannten Anschläge (32) und dem genannten beweglichen Kontaktelement angeordnet ist, um dieses gegen den anderen Anschlag (33) anzudrücken, und daß das feste Kontaktelement (47, 48 ... 47", 48". . .) um diese Stange (20, 2o") herum derart angeordnet ist, daß es von dem genannten beweglichen Kontaktelement (40, 41 ... 40°, 41" . . .) berührt wird, wenn die genannte Stange (20, 20") in einer bestimmten Richtung bewegt wird, wobei sich der genannte andere Anschlag (33) von dem genannten beweglichen Kontaktelement entfernt unter teilweiser Entspannung der genannten Feder (46).
3. Elektrische Umschaltvorrichtung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hilfskontakt (4, 5 ... 4", 5" - · ■) in seinem festen Element (48, 48". . .) eine Blasspule (49) birgt.
4. Elektrische Umschaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Spule (49) selbst den Übergangswiderstand (10, io" . . .) darstellt.
5. Elektrische Umschaltvorrichtung nach An- 1°° spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippbalken (23) von einem Nocken (28) gesteuert wird, der auf einer mit dem genannten Mechanismus (M) verbundenen Welle (29) aufgekeilt ist.
6. Elektrische Umschaltvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Mechanismus (M) derart ausgebildet ist, daß er unvermittelt von einer Endlage in die andere gelangen kann.
7. Elektrische Umschaltvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Mechanismus (M) folgende, miteinander in Verbindung stehende Teile aufweist: einen auf der Welle (29) des genannten Nockens (28) drehbar gelagerten Steuerhebel (52), der einen mit dieser Welle koaxialen gezahnten Sektor (62) trägt, ein um eine feste Achse (59) drehbares und mit diesem Sektor (62) zusammen arbeitendes Ritzel (61), einen ersten auf dieser Achse (59) drehbar gelagerten Hebel (58), einen weiteren auf der Welle (29) des genannten Nockens aufgekeilten Hebel (55), der mit einer Kulisse (56) versehen ist, in welcher sich eine von dem Ende des erstgenannten Hebels (58) getragene Achse (57) bewegt, und eine das ge-

nannte Hebelende mit dem Ende des SteueriiL-i.-L.-:s5 (52) verbindende federnde Vorrichtung (65) und daß die ganze Anordnung so getroffen ist, daß für die beiden Endlagen der erstgenannte Hebel (58) auf dem zweitgenannten Hebel (55) ungefähr senkrecht steht.
8. Elektrische Umschaltvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem genannten Ritzel (61) und dem ersten Hebel (58) Mittel vorgesehen sind, die eine unmittelbare Mitnahme des genannten ersten Hebels

(58) durch dieses Ritzel (61) in den beiden Endlagen dieses Ritzels gestatten, um bei einer etwaigen unvollständigen Funktion der federnden Vorrichtung (65) für diese einzuspringen.
9. Elektrische Umschaltvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel aus einem von dem Ritzel (61) getragenen Zapfen (63) bestehen, der mit den Seitenflächen des genannten ersten Hebels (58) entweder unmittelbar oder über Vorsprünge (64, 64⁰) dieser Flächen zusammen arbeiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

O 2779 1.52