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Schaltanordnung zur Schließung eines Starkstromkreises mittels mechanischer
Kontakte, insbesondere für periodische Schaltungen, z. B. zu Umformungszwecken Die
Bedingungen für die Schließung eines Starkstromkreises sind um so günstiger, je
niedriger die Spannung an den sich schließenden Kontakten ist. E s l#:cmmt besonders
darauf an, daß die in der Nähe von 300 Volt liegende Spannungsgrenze, oberhalb
welcher Glimmerscheinungen einsetzen, oder gar die in der Nähe von 5oo Volt liegende
Spannungsgrenze, oberhalb welcher es zu überschlägen zwischen den sich nähernden
Kontakten kommen kann, nicht überschritten werden. Es ist bekannt, parallel zu einer
Hauptschaltstelle einen Nebenweg vorzusehen, der durch eine Hilfsschaltstelle kurz
vor der Hauptschaltstelle geschlossen wird. Ein Beispiel für eine derartige Anordnung
ist ein Schalter mit Vorkontakt. Durch den Vorkontakt bzw. die Hilfsschaltstelle
wird zwar die Spannung an den sich schließenden Hauptkontakten gesenkt, jedoch tritt
nunmehr die erwähnte Schwierigkeit an der Hilfsschaltstelle auf. Um sie zu meistern,
kann man die Kontakte der Hilfsschaltstelle aus einem gegen Abbrand und Werkstoffwanderung
besonders widerstandsfähigen Werkstoff herstellen. Derartige Kontakte zeichnen sich
aber durch eine besonders große Härte aus und neigen infolgedessen zum Prellen.
Es besteht die Gefahr, daß die Hilfsschaltstelle gerade in dem Augenblick wieder
geöffnet ist, wo die Hilfskontakte miteinander in Berührung kommen, daß also die
Hilfsschaltstelle
ihren Zweck verfehlt. Die Schließung der Hilfsschaltstelle
müßte zur Vermeidung dieser Gefahr der Schließung der Hauptschaltstelle um so viel
voreilen, daß der Hilfskontakt inzwischen zur Ruhe und zur festen Anlage kommen
kann. Die hierfür erforderliche :Zeit steht aber in vielen Fällen nicht zur Verfügung,
insbesondere nicht bei periodischen Schaltungen, z. B. zu Umformungszwecken. Mit
der Erfindung werden die Einschaltbedingungen für die Hilfsschaltstelle durch Verminderung
der Spannung erleichtert, so daß die schädlichen Prellerscheinungen durch Verwendung
der üblichen Kontaktwerkstoffe vermieden werden können und somit der gesamte Schließvorgang
der Hilfs- und Hauptschaltstelle in verhältnismäßig kurzer Gesamtzeit vollzogen
werden kann. Die Erfindung besteht darin, daß in dem Nebenweg eine Spannungsteilerdrossel
mit geschlossenem Eisenkern liegt, deren Abgriff mit der beweglichen Kontaktbrücke
verbunden ist, und daß die Hilfsschaltstelle durch einen Widerstand überbrückt ist.
Dadurch wird die Spannung an der Hilfsschaltstelle, vor ihrer Schließung auf einen
Bruchteil der Gesamtspannung herabgesetzt. Nach Schließung der Hilfsschaltstelle
nimmt der bewegliche Teil der Hauptschaltstelle ein mittleres Potential an, so däß
die zuerst berührende Seite nur einen Teil der Gesamtspannung einzuschalten hat.
Bei der ersten Berührung wird die Spannungsteilerdrossel kurzgeschlossen, so daß
schließlich an der Hauptschaltstelle nur eine dem Streufeld der Spannungsteilerdrossel
entsprechende Restspannung verbleibt.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
schematisch dargestellt. Jedes von ihnen kann beispielsweise als eine Phase einer
mehrphasigen Umformungsanordnung aufgefaßt und durch weitere gleichartige Anordnungen
in an sich bekannter Weise zu einem Mehrphasenkontaktumformer ergänzt werden. Gleiche
Teile sind in sämtlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Nach Fig. i arbeiten die ruhenden Kontaktstücke i i und 12 mit einer
Kontaktbrücke 13 zusammen, die eine Abhebebewegung ausführt, indem sie beispielsweise
durch eine von einem Synchronmotor ai2getriebene Exzenterwelle über einen Zwischenstößel
gesteuert wird. Die Antriebsvorrichtung ist der übersicht halber in der Zeichnung
nicht dargestellt. Zur Erleichterung des Öffnungsvorganges kann in Reihe mit den
Kontakten eine Schaltdrossel 14 geschaltet sein, deren Magnetkern 15 beim Nennstromwert
hochgesättigt ist und durch seine Entsättigung in der Nähe des Stromnullwertes eine
verlängerte stromschwache Pause hervorruft. Durch eine in der Zeichnung weggelassene
Vormagnetisierung kann der Magnetkern zusätzlich gesteuert werden.
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. Mit der 'beweglichen Kontaktbrücke 13. ist der bewegliche Teil eines
Vorkontaktes 16 gekuppelt, wie bekannt und durch eine strichpunktierte Linie angedeutet.
Der Vorkontakt 16 steuert einen Nebenweg, in dem eine Spannungsteilerdrossel 17
mit geschlossenem Eisenkern angeordnet ist. Der beispielsweise in der Mitte der
Wicklung liegende Abgriff dieser Spannungsteilerdrossel ist mit der Kontaktbrücke
13 verbunden. Die Hilfsschaltstelle des Vorkontaktes 16 wird durch den Widerstand
18 überbrückt, der im Nebenpfad mit der Spannungsteilerdrossel 17 in Reihe geschaltet
ist. Zur Vermeidung von Rückstromverlusten kann in dem Überbrückungsweg ein elektrisches
Ventil i9, wie mit ausgezogenen oder mit gestrichelten Linien gezeichnet, angeordnet
sein, falls derWiderstand i8 nicht ohnehin einen genügend hohen Wert hat. Die Reihenschaltung
der Spannungsteilerdrossel 17, zu der auch noch ein Widerstand 2o parallel geschaltet
.sein kann; und des Widerstandes 18 stellt ebenfalls eine Spannungsteilerschaltung
dar, so daß an dem mit dem Abgriff dieses Spannungsteilers verbundenen Vorkontakt
ii6 nur ein Teil der Gesamtspannung herrscht. Beim Schließvorgang kommen zuerst
die beiden Teile des Vorkontaktes miteinander in Berührung. -Dadurch wird der Nebenweg
über die Spannungsteilerdrossel 17 unmittelbar geschlossen, und die bewegliche Kontaktbrücke
13 erhält das Mittelpotential, der Spamiung des Nebenweges. Infolge unvermeidlicher
Unregelmäßigkeiten kommt die Kontaktbrücke 13 mit den ruhenden Kontaktstücken i
i und 12 nicht gleichzeitig, sondern nacheinander in Berührung. Bei der ersten Berührung
wird die eine Hälfte der Spannungsteilerdrossel 17 kurzgeschlossen. Nach Maßgabe
des Verschwindens des Hauptmagnetfeldes der Spannungsteilerdrossel 17 bildet sich
in ihrer noch offenen Wicklungshälfte ein Strom bis zur vollen Höhe des Hauptstromes
aus. Die Spannung zwischen den zuletzt miteinander in Berührung kommenden Kontaktteilen
ist gleich der Streuspannung an der noch offenen Wicklungshälfte der Spannungsteilerdrossel
und beträgt einen Bruchteil der Gesamtspannung, weil der Streublindwiderstand einer
Wicklungshälfte der Spannungsteilerdrossel nur einen Bruchteil des gesamten Streublindwiderstanded
des zu schließenden Stromkreises ausmacht.
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. In- der Änordnung nach Fig. 2 ist statt eines Vorkontaktes eine
aus zwei voneinander isolierten Teilen 21 und 22 bestehende Kontaktbrücke vorgesehen.
Der Teil 2i bildet den Hauptkontakt und ist mit dem Abgriff der Spannungsteilerdrossel
17 verbunden. Teil 22 liegt im Nebenweg an der Verbindungsstelle zwischen der Spannungsteilerdrossel
17 und dem Widerstand 18, d. h. also am Abgriff einer von diesen beiden Teilen gebildeten
Spannungsteilerschaltung. Außerdem ist hier noch eine Einschaltdrossel 23 vorgesehen,
deren beim Nennstromwert hochgesättigter Magnetkern 25 abweichend von dem Kern 15
der Hauptschaltdrossel 14 derart abgestimmt bzw. durch eine zusätzliche Vormagnetisierung
gesteuert ist, daß er sich. beim Einschalten im ungesättigten Zustand befindet und
infolgedessen zunächst eine stromschwache Pause verursacht, bevor- der Strom in
dem geschlossenen Kreise auf hohe Werte ansteigen kann. Durch geeignete Maßnahmen,
beispielsweise durch einen geringen Vorschub des ruhenden Kontaktstückes 12, ist
dafür gesorgt, daß dieses zuerst mit der
beweglichen Kontaktbrücke
in Berührung kommt, und zwar mit den beiden Teilen 21 und 22 annähernd zur gleichen
Zeit. Die untere Wicklungshälfte der Drossel 17 wird hier also sofort kurzgeschlossen.
In demselben Maße, wie das Hauptfeld in der Drossel infolge des Kurzschlusses verschwindet,
steigt der Strom, der über die offene Wicklungshälfte und den Kontaktteil 21 zum
ruhenden Kontaktstück 12 fließt, bis zum vollen Wert des Hauptstromes an. Dabei
liegt zwischen dem oberen Anschlußpunkt des Nebenweges und dem Kontaktteil 21 die
Streuspannung der oberen Wicklungshälfte der Drossel 17. Für diese Spannung muß
die Einschaltdrossel 23, 25 bemessen sein. Sie beträgt nur einen Bruchteil (der
gesamten treibenden Spannung, da der Streublindwiderstand einer Wicklungshälfte
der Spannungsteilerdrossel nur einen Bruchteil des Streublindwiderstandes des gesamten
zu schließenden Stromkreises ausmacht. Die Einschaltdrossel übernimmt in ungesättigtem
Zustand den genannten Spannungsanteil nahezu vollständig, so daß zwischen den Kontaktteilen
i i und 21 bei ihrer Schließung praktisch keine Spannung mehr auftritt. Erst nachdem
die Kontaktstücke 11, 21 und 12 fest aufeinanderliegen und unter dem erforderlichen
Kontaktdruck stehen, sättigt sich die Einschaltdrossel 23, 25 und gibt dem Hauptstrom
den Weg über die Hauptschaltstelle frei.
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In der Anordnung nach Fig. 3 sind Hauptschaltdrosselkern 15 und Einschaltdrosselkern
25 mit einer gemeinsamen Hauptwicklung 14 versehen. Damit die Anordnung in der gleichen
Weise wirkt wie diejenige nach Fig.2, enthält der Nebenpfad eine mit dem Einschaltdrosselkern
verkettete Hilfswicklung 2.4, die, vom Anschlußpunkt des Nebenweges aus gerechnet,
den gleichen Wicklungssinn und etwa die gleiche Windungszahl hat wie die Hauptwicklung
1d., so daß ein Strom, der beide Wicklungen hintereinander durchfließt, in ihnen
entgegengesetzt wirkende magnetisierende !Kräfte hervorruft, die sich gegenseitig
aufheben. Wird also der Einschaltdrosselkern 25 vor Beginn der Kontaktschließung
beispielsweise mittels einer besonderen Vormagnetisierung in den ungesättigten Zustand
versetzt, so ändert sich an diesem Zustand nichts, wenn die Kontaktbrücke 21, 22
den ruhenden Kontakt 12 berührt und dadurch ein Stromfluß über die Wicklungen 1q.,
24. und 17 zu dem ruhenden Kontaktstück 12 eingeleitet wird. Auch hier kann sich
beim vollständigen Schließen der Kontaktbrücke 21, 22 ein Kurzschlußstrom über die
obere Wicklungshälfte der Spannungsteilerdrossel17 nicht ausbilden, weil dieser
die Hilfswicklung 24 allein, nicht aber die Hauptwicklung 14 durchfließen und somit
die Durchflutung des Einschaltdrosselkernes 25 wesentlich verändern würde, was wegen
des ungesättigten Zustandes des Kernes 25 zunächst nicht möglich ist. Der Einschaltdrosselkern
25 ruft daher an der Wicklung 2.4 eine Gegenspannung etwa von der gleichen Höhe
wie die Streuspannung an der oberen Wicklungshälfte der Spannungsteilerdrossel 17
hervor. Infolgedessen schließen sich die Kontakte i i und 21 nahezu spannungslos,
und nachdem alle Kontaktteile in fester Berührung miteinander stehen, kann der Hauptstrom
nach Sättigung des Einschaltdrosselkernes 25 auf seinen normalen Wert ansteigen.
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Die Anordnungen näch Fig.2 und 3 können nach dem Vorbild der Fig.
i durch die weiteren Teile i9 und 2o ergänzt werden, wie auch umgekehrt die Anordnung
nach Fig. i mit einer Einschaltdrossel nach dem Vorbild der Fig. 2 oder 3 versehen
werden kann.