-
Umformer mit stromabhängig gesteuerten Abhebekontakten Die Erfindung
betrifft in erster Linie einen Umformer mit Abhebekontakten, die mittels eines Elektromagneten
stromabhängig gesteuert werden, so daß sie sich nur unterhalb eines mit Rücksicht
auf die Vermeidung schädlichen Schaltfeuers zulässigen Stromwertes öffnen können.
Durch diese Art der Steuerung wird erreicht, daß sich der Umformer -etwa auftretenden
Unstetigkeiten im Betrieb selbsttätig anpaßt, die durch plötzliche Störungen oder
starke Belastungsänderungen verursacht werden. Hierdurch unterscheiden sich diese
Umformer von jenen, deren Kontakte in gleichmäßigen Zeitabständen zwangsläufig geschlossen
und geöffnet werden, sei es durch ein rein mechanisches Getriebe, sei es durch eine
schwingende Feder, die durch einen Elektromagneten mit Hilfe der Wechselspannung
oder des zu unterbrechenden Wechselstromes angeregt wird, ohne daß die Erregung
dazu ausreicht, die Kontakte so lange geschlossen zu halten, bis die Augenblickswerte
des Stromes einen mit Rücksicht auf die Vermeidung schädlichen Schaltfeuers zugelassenen
Grenzwert unterschreiten, der um eine oder mehrere Größenordnungen kleiner ist als
der Nenns:tromwert. Besitzt aber ein Umformer die zuletzt genannten Eigenschaften,
so muß dafür Sorge getragen werden, daß Eigen.sehwingungen der Kontakte möglichst
vollständig unterbunden werden, damit sich die Kontakte flatterfrei schließen.
-
Es ist bekannt, bei den obenerwähnten Schwingkontaktumformern in Schließrichtung
vorgespannte Kontaktfedern zu verwenden. Sie erfüllen jedoch
hier
die entgegefigesetzte Aufgabe, nämlich die Eigenschwingungen des Kontaktsystems
auf bestimmte Schaltzeiten abzustimmen, die sich in gleichen Abständen periodisch
wiederholen und vom Verlauf des Stromes völlig unabhängig sind.
-
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, zu diesem Zweck die Eigenfrequenz
des Kontaktsysterns größenordnungsmäßig verschieden von der Frequenz des Schalttaktes
bzw. des Wechselstromes zu machen, und besteht darin, daß einer der beiden kontaktgebenden
Teile eines Kontaktpaares mit einem der beiden Teile des Elektromagneten über eine
in Schließrichtung vorgespannte Feder verbunden wird. Hierdurch kann erreicht werden,
daß im wesentlichen nur die Kontaktmasse, nicht aber die bedeutend größere Masse
des beweglichen Kontaktträgers und des- Magnetankers die Eigenfrequenz des Kontaktsystems
bestimmt, die demzufolge sehr hoch wird.
-
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
-
Nach Fig. i wird der durch eine Leitung io zu-. geführte Strom einer
Phase eines mehrphasigen Umformers durch die Kontakte ii und -z2 -ahwechselnd geschlossen
und unterbrochen. Der bewegliche Kontakt 12 ist mit einem hebelartigen Kontaktträger
13 durch eine vorgespannte Blattfeder 14 verbunden, indem diese mit ihrem eingespannten
Ende beispielsweise in-ein Stoßstück i5 eingelassen ist, das sich am Kontaktträger
13 befindet. Die Blattfeder kann vorteilhaft eine sich vorn eingespannten Ende aus
annähernd dreieckförmig verjüngende Gestalt haben. Das freie Ende des Kontaktträgers
13 ragt in eine Aussparung des Kontaktes i2 hinein, so daß der Hub der vorgespannten
Feder 14 durch die die Aussparung begrenzenden Anschläge 16 und-i7 festgelegt ist.
Der Kontaktträger 13 ist an einem Isolierstück 18 gelenkig befestigt. - - - - -Zur
periodischen Schließung der Kontakte dient beispielsweise eine Welle 2o, die von
einem in -der Zeichnung nicht dargestellten Synchronmotor angetrieben wird. Auf
der Welle äo siitzt' ein Erzenter i9, der mit Wälzkörpern in einem äußeren Ring
21 gelagert sein kann und über diesen auf das Stoßstück 15 eine periodische Schließbewegung
überträgt.
-
Der.. ruhende Teil der Einrichtung besteht aus dem Magnetanker 23,
der die Erregerspule 24 trägt und an dem das Isolierstück 18 mit dem daran angelenkten
beweglichen Kontaktträger 13 mittels eines Rahmens 25 befestigt ist. Eine Vorderansicht
des Magnetsystems zeigt beispielsweise Fig. 3 in verkleinertem Maßstab. Der ruhende
Kontakt i i ist mit dem Magnetkörper 23 durch ein winkelförmiges und mit Rippen
versehenes Isolierstück 26 fest verbunden. Er kann als Doppelkontakt ausgebildet
sein, - dessen beide Teile mit den Stromzuführungen io verbunden sind und von dem
beweglichen Kontaktteil 12 überbrückt werden. Die Spulen 24 können zwischen einer
Stromzuführung zo und einer zum ruhenden Kontaktteil ii führenden Leitung 3o angeschlossen
sein. Durch die Drehung des umlaufenden Exzenters 19
wird der bewegliche Kontaktträger
13 entgegen einer Rückführkraft nach oben bewegt. Sobald der Kontakt r2 den ruhenden
Kontaktteil I I berührt, löst sich der Kontaktträger 13 von dem Anschlag 16, legt
sich gleich darauf gegen den Anschlag 17 und wird; wenn der Exzenter außer Eingriff
kommt, in dieser Stellung durch den nunmehr in Anzugstellung befindlichen Anker
22 festgehalten, da inzwischen der Strom in dem durch die Kontakte 11, 12 geschlossenen
Stromkreis und somit in der Haltespule 24 auf einen hohen Wert angestiegen ist.
Sobald der Strom am Ende der Übertragungsperiode infolge des natürlichen sinusförmigen
Verlaufs des Wechselstromes oder infolge der nach -Zuschaltung einer weiteren Phase
stattfindenden-Kommutierung unter den zugelassenen Grenzwert sinkt, löst sich der
Anker 22 unter der Einwirkung der Rückführkraft. Die Kontakte 1i, 12 bleiben jedoch
wegen der Vorspannung der Feder 14 zunächst noch geschlossen. Das freie Ende des
Kontaktträgers 13 verläßt den Anschlag 17. Er trifft, nachdem er bereits eine endliche
Geschwindigkeit angenommen hat, auf den Anschlag 16 und nimmt dann den beweglichen
Kontakt i2 in Öffnungsrichtung mit. Auf diese Weise wird der weitere Vorteil erzielt,
daß bereits zu Beginn der Kontaktöffnung eine endliche Trenngeschwindigkeit vorhanden
ist.
-
Je größer das Spiel des Kontaktträgers 13 zwischen den Anschlägen
16 und 17 ist, um so größer ist die Trenngeschwindigkeit zu Beginn der Kontaktöffnung.
Dieses Spiel erfordert aber andererseits einen zusätzlichen Hub des Ankers 22. Eine
solche. Vergrößerung des Hubes ist aber unerwünscht, zumal dadurch eine größere
Durchbiegung oder eine Verlängerung der Feder 14 bedingt ist- so daß letzten Endes
die Trägheit des beweglichen Systems vergrößert wird. Als günstigster Wert für die
Bemessung des Spieles hat sich auf Grund praktischer Erfahrungen ein Wert von o,
i bis o,2 mm ergeben.
-
Nach Fig. 2, in der gleiche Teile wie in Fig. i mit gleichen Bezugziffern
bezeichnet sind, bildet der an einer vorgespannten Feder 34 befindliche Kontaktteil
3 i den ruhenden Gegenkontakt zu dem mit dem Anker 22 starr verbundenen beweglichen
Kontakt 32. Diese Ausführungsform besitzt den Vorzug, daß der,federnde Kontaktteil
mit zusätzlichen Einrichtungen versehen werden kann, ohne daß die Masse des beweglichen
Systems vergrößert wird. So kann beispielsweise der Hub der vorgespannten Feder
34 einstellbar gemacht werden, indem gegenüber einem am Rahmenteil 39 befindlichen
starren Anschlag 36 ein mittels Stellschraube 27 verstellbarer Anschlag 37 vorgesehen
ist, der mit einer Spitze in einer Kerbe des Klemmstückes 38 gelagert sein kann.
Zwischen dem Klemmstück 38 und der Einspannstelle des Rahmens 39 können auswechselbare
keilförmige Beilagen 28 und 29 eingeschoben sein, durch deren Steigung die Vorspannung
der Feder 34 bedingt ist. DurchAuswechslung ,der Beilagen 28 und 29 kann die Vorspannung
geändert werden. Eine Verschiebung des z. B. ein
Langloch aufweisenden
Klemmstückes 38 gestattet ferner, die freie Schwingungslänge der Feder 34. und damit
deren Frequenz nachträglich einzustellen. Das Stoßstück 35 ist nach Fig. 2 federnd
nachgiebig ausgebildet, so daß eine endliche Schließgeschwindigkeit erzielt wird.
-
Die Strombahn führt beispielsweise von der Zuführung io durch die
Spule 2q. und die Verbindungsleitung 30 zu der am ruhenden Kontaktteil befindlichen
Anschlußschraube 33. Von hier wird der Strom in dem dargestellten geschlossenen
Zustand durch einen Teil des Rahmens 39 auf den ruhenden Kontakt 31 übertragen,
so daß die Feder 34 während des größten Teils. einer Stromübertragungsperiode vom
Strom entlastet ist und nur zu Beginn des Öffnungsvorganges und kurz vor Beendigung
des Schließvorganges jedesmal den gesamten Strom zu führen hat, dessen Augenblickswerte
in den genannten Zeiten aber gerade verhältnismäßig klein sind. Vom beweglichen
Kontakt 32 kann der Strom über den Träger 13 zur Anschlußschraube 41 geführt werden,
von der die Leitung 4.o abgeht.
-
Die Kontaktschließung kann statt durch ein synchron umlaufendes mechanisches
Getriebe auch durch einen Elektromagneten bewirkt werden, der in Abhängigkeit von
der Wechselspannung gesteuert wird. Vorteilhaft kann hierzu der gleiche Magnet verwendet
werden, der auch zur stromabhängigen Steuerung der Kontakte dient. Zu diesem Zweck
kann beispielsweise eine der beiden Spulen 24 als Spannungswicklung ausgeführt sein,
die in Abhängigkeit von der der Wechselspannung des Umformers erregt wird, so daß
der Anker 22 z. B. in der Nähe der Spannungsgleichheit von stromabgebender Phase
und Folgephase angezogen wird.
-
Infolge der geringen Maße der beweglichen Teile ist die Verwendung
eines verhältnismäßig kleinen Elektromagneten zur strom- und gegebenenfalls auch
spannungsabhängigen Steuerung sder Kontakte möglich. Der kleinste Stromwert, bei
dem der Anker dieses Magneten noch festgehalten wird und unterhalb dessen die Kontakte
sich öffnen, kann daher so klein gehalten werden, daß bei der Unterbrechung kein
schädliches, Schaltfeuer auftritt. Die Zeit, in der der Strom so kleine Augenblickswerte
hat, kann in an sich bekannter Weisse z. B. dadurch verlängert werden, daß in Reihe
mit den Kontakten Schaltdrosseln mit beim Nennstromwert hochgesättigtem Magnetkern
angeordnet werden, durch deren Entsättigung in der Nähe des Stromnullwertes die
Stromänderung verlangsamt wird. Gleichzeitig kann durch einen vorzugsweise kapazitiven
Parallelpfad zwisdhen den Kontakten der Anstieg der wiederkehrenden Spannung nach
dem Beginn des Öffnungsvorganges verzögert werden.
-
Sollen sehr große Ströme umgeformt werden, so ist es mit Rücksicht
auf den kleinsten Haltestrom nicht angängig, das Kontakt- und Magnetsystem beliebig
zu vergrößern. Statt dessen kann das stromabhängig gesteuerte Kontaktsystem dadurch
von der Strombeanspruchung während des normalen Betriebes teilweise entlastet werden,
daß eine zweite Kontakteinrichtung dazu parallel geschaltet wird, die rein motorisch
angetrieben wird und sieh in gleichen Zeitabständen zwangsläufig schließt und öffnet.
Die stromabhängig gesteuerte Kontakteinrichtung übernimmt dann die gesamte Stromführung
und die Stromunterbrechung nur in den Fällen, in denen sich infolge von Störungen
oder plötzlichen Änderungen des Betriebszustandes Unregelmäßigkeiten in der Phasenlage
der zu unterbrechenden Ströme gegenüber der zeitlichen Lage der Kontaktöffnung des
zwangsläufig angetriebenen Kontaktsystems einstellen. Die stromabhängig gesteuerte
Kontakteinrichtung übernimmt auf diese Weise den Schutz der zwangsläufig angetriebenen
Parallelkontakte, indem sie diese überbrückt, so daß sie sich stromlos öffnen können,
und öffnet sich erst dann, wenn der zu unterbrechende Strom unter den zugelassenen
Grenzwert gesunken ist.
-
Umformer der geschilderten Art eignen sich besonders zur Verwendung
als Schweißumformer.
-
Die beschriebenen Einrichtungen und Merkmale können nicht nur im Zusammenhang
miteinander, sondern auch einzeln für sieh und in beliebigen Teilkombinationen wertvolle
Verbesserungen darstellen.