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Wechselstromschütz Schütze werden insbesondere in Wechselstromanlagen
in großem Umfang verwendet. Sie enthalten heute im wesentlichen eine ein- oder mehrphasige
Schaltbrücke aus Isoliermaterial, welche die beweglichen Kontakte trägt, wobei die
Stromzuleitung zu diesen Kontakten meist über flexible Leitungen erfolgt. Die Schaltbrücke
wird durch einen Bleich-oder wechselstromerregten Magneten bewegt. Solange die Erregung
andauert, ist das Schütz geschlossen. Bei Ausschaltung der Erregung wird die Kontaktbrücke
durch Federkraft in ihre Ausschaltstellung bewegt, wobei die an den Kontakten auftretenden
Lichtbögen erlöschen.
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Die Erfindung betrifft ein Wechselstromschütz mit mindestens einem
elektromagnetisch betätigten Schaltelement und besteht darin, daß das Magnetsystein
des Wechsel,stromschützes transformatorartig aufgebaut ist, und daß das Schaltelement
mit seinen Gegenpolen einen Teil des Magnetsystems bildet.
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Das Magnetsystem selbst kann dabei die Form von Kern- oder Manteltransformatoren
für Ein-oder Mehrphasenstrom aufweisen. Im allgemeinen ist es von Vorteil, wenn
der Kern, auf dem die Steuerspule angeordnet ist, ebenfalls als Teil des Magnetsystems
dient. Es ist aber auch möglich, mindestens ein Schaltelement mit seinen Gegenpolen
zugleich als Kernfür die Steuerspule zu verwenden. Durch diese Maßnahme kann eine
Raumersparnis erzielt werden.
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Besonders vorteilhaft gestalten sich WechselstromschÜtze mit transformatorartigem
Magnetsystem
für Mehrphasenstrom: Es werden dann zweckmäßig die
-Schaltelemente mit ihren Gegenpolen als Kerne des. Magneisystenrs verwendet und
im allgemeinen zwischen gemeinsamen Jochen angeordnet. Um einen übersichtlichen
Aufbau und eine leichte Auswechselbarkeit zu erzielen, ist es vorteilhaft, mirttfestens
ein Schaltelement mit seinen. Gegenpolen zu einer konstruktiven Einheit zusammenzubauen,
wobei je nach der Phasenzahl mehrere derartige konstruktive Einheiten als Kerne
des Magnetsystems dienen können. Für viele Fälle, insbesondere wenn eine Verschmutzung
oder eine Beeinflussung durch aggressive Gase zu befürchten ist, kann die aus mindestens
einem Schaltelement und seinen Gegenpolen bestehende konstruktive Einheit hermetisch
abgeschlossen werden: Schütze mit derart abgesMossenen Schaltelementen sind dann
auch in explosionsgefährdeten Räumen ohne weitere Schutzmaßnahmen verwendbar. Im
allgemeinen werden die einzelnen Schaltelemente mit ihren Gegenpolen relativ zur
Steuerspule magnetisch parallel geschaltet. Es ist aber auch denkbar, sie mindestens
teilweise magnetisch in Reihe zu schalten.. Eine derartige konstruktive Einheit
kann ein oder mehrere Schaltelemente enthalten, die magnetisch und elektrisch parallel
oder auch teilweise in Reihe geschaltet sein können. Selbstverständlich kann man
auch pro Pol mehrere derartige konstruktive Einheiten in Parallel- oder Reihenschaltung
verwenden.
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Um die Lichtbogenauswirkung möglichst klein zu halten, wird man jeder
konstruktiven Einheit mindestens eine Haltespule zuordnen, deren Amperewindungszshl
zweckmäßig so gewählt wird, draß das zugehörige Schaltelement nur in, der Nähe des
Stromnulldurchganges des zu schaltenden Stromes öffnen kann. Erfolgt die Unterbrechung
der Steuerspule beispielsweise in der Nähe des Strommaximums, so bleibt das Schaltelement
noch haften, bis die durch den abnehmenden Strom erzeugte Haltekraft kleiner geworden
ist als die Rückstellkraft der Feder. Es brennt dann ein kurzer Lichtbogen bis zum
Stromnulldurchgang. Sollte zufällig einmal der Steuerstrom in der unmittelbaren
Umgebung des Stromnulldurchganges unterbrochen werden, so würde zwar das Schaltelement
in vielen Fällen, einen Augenblick öffnen, wobei eine Unterbrechung zustande kommen
kann, Es ist aber denkbar, daß der Lichtbogen nicht erlischt. Sobald jedoch der
Strom in der Haltespule den Ansprechwert erreicht, wird das Schaltelement wieder
angezogen und, bleibt geschlossen bis kurz vordem nächsten Nulldurchgang, worauf
dann die Unterbrechung wieder in der oben geschilderten Weise erfolgt. M_ an erkennt
somit, daß auch bei Unterbrechung der Steuerung im Stromnulld'urchgang nur eine
unwesentlich größere Lichtbogeneinwirkung auftritt. Im allgemeinen ist es von Vorteil,
die Haltespule konzentrisch zu der konstruktiven Einheit, bestehend aus Schaltelement
und dessen Gegenpolen, anzuordnen: Für die Steuerung derartiger Wechselstromschütze
kann Gleichstrom bgnutzt werden. Es besteht aber trotzdem ein Bedürfnis, die Steuerung
auch mit Wechselstrom zu bewirken. Dies kann in einfacher Weise durch zwei phasenverschobene
Wechselflüsse ermöglicht werden, wobei der eine Fluß beispielsweise in an sich bekannter
Weise mit Hilfe einer in dem magnetischen Kreis angebrachten kurzgeschlossenen Wicklung
erzeugt wird, die nur -einen Teil des Flußquerschnittes umfaßt. Es ist auch möglich,
derartige Wicklungen auf mindestens einem Gegenpol des Schaltelementes selbst anzuordnen.
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Bei Schützen, insbesondere zum Schalten von Motoren, wird meist eine
Überstromauslösung angeordnet, die entweder sofort oder nach einer bestimmten Zeit
eine Abschaltung bewirkt, wenn der Strom gewisse Grenzwerte überschreitet. Es .
ist üblich, hierfür thermische Auslöser, z. B. Bimetallauslöser, zu verwenden, die
auch mit dem Schütz nach der Erfindung kombiniert werden können. Eine einfachere
Konstruktion erhält man, wenn für jede Phase mindestens ein Teil des magnetischen
Kreises unmittelbar oder mittelbar in Abhängigkeit vom Strom erwärmt wird, und dieser
Teil aus einem Material mit einem so tiefen Curiepunkt besteht, daß bei einer für
das Schütz selbst noch unschädlichen Temperatur die Abschaltung infolge Flußschwächung
erfolgt. Es sind z. B. sogenannte Heuslersche Legierungen bekannt, die bereits .bei
7o bis iso° C unmagnetisch werden. Besonders vorteilhaft ist es, das bewegliche
Schaltelement selbst aus einem Werkstoff mit tiefem Curiepunkt herzustellen. Die
Erwärmung des Schaltelementes erfolgt einmal durch den Stromdurchgang, zum andern
durch die mit der Wechselmagnetisierung verbundenen Verluste.
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Für Schützensteuerungen werden im allgemeinen an jedem Schütz Hilfsschalter
benötigt. Im erfindungsgemäßen Schütz können diese z. B. zwischen den Jochen des
transformatorartigen Magnetsystems angeordnet werden. Es ist jedoch in vielen Fällen
vorteilhaft, ein zusätzliches und im allgemeinen schwächer bemessehes Magnetsystem
anzuordnen, das aber ebenfalls magnetisch mit der Steuerspule verkettet ist. In
vielen Fällen können Hilfsschalter Anwendung finden, die in ihrem Aufbau den in
der Telefonie verwendeten Relais mit Vielfachkontakten entsprechen, wobei das Magnetsystem
eines derartigen Relais ebenfalls mit der Steuerspule magnetisch verkettet ist.
Es ist auch möglich, die Hilfeschalter in geschlossenen Gehäusen unterzubringen,
indem man sie beispielsweise ebenfalls als konstruktive Einheiten, bestehend aus
Schaltelementen und Gegenpolen, ausführt. Im allgemeinen können jedoch die Hilfsschalter
wesentlich kleiner bemessen werden; sie benötigen meist auch keine Halfespule.
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Um die durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Schützes gegebenen
Möglichkeiten voll auszunutzen, wird man den Ausschaltweg des Schaltelementes klein,
insbesondere kleiner als i mm halten und die Ausschaltgeschwindigkeit so bemessen,
daß dien Schaltweg in höchstens 3 - io-4 sec zurückgelegt wird. Dies bedeutet, daß
dann bei größerem Strom die Lichtbogendauer auch nur etwa diesen Zeitwert erreicht.
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Schließlich ist es zweckmäßig, die Gegenpole gut
zu
kühlen, weil dadurch hei kleinsten Abmessungen des Schaltelementes große Nennströme.
zugelassen werden können.
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Fig. i bis 3 zeigen schematisch einige beispielsweise Aufbauformen
für Schütze nach der Erfindung; Fig. 4 und 5 stellen eine beispielsweise Ausführung
eines Drehstromschützes im Schnitt und Seitenriß dar.
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In Fig. i bedeutet i die konstruktive Einheit, bestehend aus dem Schaltelement
2 und den Gegenpolen 3, 4, die in dien Gehäuse 5 untergebracht sind.; 6 und 7 bilden
die Joche, 8 deren Isolation, 9 und io die magnetischen Rückschlüsse des als Manteltransformator
ausgebildeten Magnetsystems des Schützes. Unmittelbar um die konstruktive Einheit
i ist die Haltespule i i gelegt; konzentrisch dazu befindet sich die Steuerspule
12. Der zu schaltende Strom i durchfließt zunächst die Haltespule i i, geht dann
beispielsweise vom Gegenpol 3 über das Schaltelement 2 zu Gegenpol 4 und von hier
weiter ins Netz. Im allgemeinen wird man die Pole 3 und 4 durch dünne Zwischenlagen
8 von den Jochen 6 und 7 isolieren.
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In Fig. 2 bedeutet 20 das transformatorartig ausgebildete Magnetsystem;
21 sind die konstruktiven Einheiten, bestehend aus Schaltelement und zugehöriger
Haltespule; 22 ist die Steuerspule. Man erkennt, daß hier die Haltespulen und die
Steuerspule in den Ecken eines Vierecks angeordnet sind.
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Fig. 3 zeigt die beispielsweise Anordnung eines Schützes nach Gier
Erfindung mit einem Magnetsystem nach Art eines Kerntransformators. Es bedeuten
24 das Magnetsystem, 25, 26, 27 die konstruktiven Einheiten zusammen mit den Haltespulen;
28 ist die Steuerspule, die konzentrisch zur Haltespule 27 liegt. Die konstruktiven
Einheiten bilden also die Säulen dieses dreiphasigen, kerntransformatorartigen Magnetsystems.
Die Leitungsführung ist gestrichelt bzw. punktiert angedeutet.
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In Fig.4 bedeutet 3o die konstruktive Einheit, bestehend aus Schaltelement
und Gegenpolen in hermetisch abgeschlossenem Isoliergehäuse; 31 und 32 sind die
mit dünner Isolationsschicht umwickelten Joche. Konzentrisch zu der konstruktiven
Einheit. 3o ist ein Spulenkörper 33 angeordnet, der die Haltewicklung 34 trägt.
Auf seiner oberen Abschlußscheibe sind die Klemmen 35 und 36 befestigt. Der zylindrische
Teil des Spulenkörpers 30 ist geschlitzt und mit Hilfe des Nietes 37 mit
dien Joch 31 verbunden. Der Strompfad geht von der Klemme 35 durch die Haltespule,
dann nach dem unteren Ende der konstruktiven Einheit 30 und von deren oberem
Ende zur Klemme 36. Bei Entfernung des Joches 32 kann die konstruktive I?itiheit
30 leicht ausgewechselt werden.
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Fig. 5 zeigt ' den Seitetiriß eines Drehstromschützes, wobei die entsprechenden
Teile die gleichen Bezugszeichen aufweisen wie in Fig: 4. Zusätzlich erkennt man
noch die Säule 38 mit der Steuerspule 39 sowie die Klemmen 4o der Steuerspule. Zu
beiden Seiten der Steuerspule sind, jedoch magnetisch mit ihr verkettet, die Hilfsschalteinrichtungen
angeordnet, bestehend aus den konstruktiven Einheiten 41 und 42. Mit Hilfe der Bolzen
43 kann das transformatorartige Magnetsystem zusammengespannt werden.
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Erfindungsgemäße Schütze, insbesondere wie sie in den Fig. 1, 4 und
5 dargestellt sind, können in mannigfaltigster Weise Anwendung finden. Ihr Hauptvorteil
besteht in der äußerst gedrängten Bauweise, die gegenüber den bisher bekannten Ausführungen
eine erhebliche Raumersparnis ergibt. So betragen beispielsweise die Abmessungen
(Breite, Tiefe, Höhe) für ein Drehstromschütz, nach Fig. 5 für 15 A und 5oo V höchstens
4o bzw. 7o bzw. 140 mm gegenüber 9o bzw. 105 bzw. 140 mm bei einem bisher
verwendeten Drehstromschütz gleicher Leistung. Die Raumersparnis stellt sich also
auf etwa 70%. Der Einbau erfolgt zweckmäßig so, daß die Teilung durch das kleinste
Maß gegeben ist, im vorliegenden Beispiel durch die Breite von 40 mm, wobei die
Anschlüsse für die Steuerspule und die Hilfsschalter unten liegen (s. Fig. 3). Bei
einem solchen Einbau lassen sich also über doppelt so viele Schütze als bisher auf
dem gleichen Schützengerüst unterbringen. Weitere Vorteile sind: Die gute Zugänglichkeit
zu dien Anschlüssen, die große Schaltleistung bei kleinster Kontaktabnutzung, die
sichere Kontaktgabe auch bei großen Stromstößen, da durch die Haltespule der Kontaktdruck
selbsttätig verstärkt wird, ferner die hermetische Kapselung und die geringe Geräuschbildung.
Da die Steuerleistung im allgemeinen unter i VA liegt, können solche Schütze unmittelbar
mit Kontaktvoltmetern od. dgl. zusammenarbeiten. Als Steuerspannung genügen in vielen
Fällen 12 oder 24 V.