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Schaltschütz Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltschütz, bei
dem der Schließ- hzw. Unterbrechungsvorgang durch magnetischer Kraftgrößenänderung
in, einer Ankeranzugs- und Ankerhaltespule erfolgt.
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Schaltschütze gewöhnlicher Bauart haben, bekanntlich einen Elektromagneten,
der im Einschaltzustand durch Anziehen, des mit einer Kon.takthrücke versehenen
Ankers den Verbraucherstromkreis schließt. Die für den Schließvorgang notwendige
magnetische Ankeranzugskraft ist gegenüber der nach dem Schließvorgang notwendigen
magnetischen Ankerhaltekraft sehr groß und wächst mit der Größe des Schließweges
(Luftspalt). Die notwendige Größe der magnetischen Ankerhaltekraft wird allein von,
der Abhebefeder am Anker und dem Kontaktdruck bestimmt. Die Unterbrechung des Verbraucherstromkreises
erfolgt bei diesen Schaltschützen durch Abheben des Elektromagneten, wobei seine
magnetische Haltekraft bis auf die Remanenzkraf't schwindet. Diese magnetische Remanenzkräft
ist dabei meistens jedoch nicht so gering, daß ein selbsttätiges Abfallen des Ankers
und: der mit dieseln, verbundenen Kontaktbrücke durch Eigengewicht oder ein Abheben
durch Federkraft gewährleistet ist. Aus diesem Grunde ist man bei der Konstruktion
der Schütze gezwungen, einen Remanenzluftspalt zu berücksichtigen, der den Aufbau
des Schützes wesentlich vergrößert.
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Im Zusammenhang mit dem Unterbrechungsvorgang und zur schnelleren
Löschung der dabei auftretenden Lichtbögen zwischen den trennenden
Kontakten
sowie aus der Erkenntnis der unterschiedlich sein könnenden Magnetkräfte im Ankeranzugs-
und Ankerhaltezustand ist man. daher dazu übergegangen, den. Magneten zum Doppelmagneten
zu erweitern und den erweiterten Teil ebenfalls mit einer Magnetspule, einer sogenannten
Schlagankerspule, auszurüsten, die= einten, zusätzlichen Schlaganker im Unterbrechungsfall
anzieht. Dieser Schlaganker ist mit dem Hauptanker mechanisch verbunden und reißt
letzteren vom stromlosen Hauptmagneten weg. Die Hauptspule ist Ankerhalte- und Ankeranzugsspule
zugleich und daher als Ankeranzugsspule dimensioniert.
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Weiterhin, ist eine elektromagnetische Steuervorrichtung mit einer
Ankerhalte- und einer Ankeranzugsspule. in Reihenschaltung schon bekannt. Ausgehend
von der gegebenen Notwendigkeit kleiner Steuerströme wird von den beidem, im Steuerstromkreis
gelegenen -Magnetspulen die Arnkerhaltespule wirksam, die einen Hilfsanker betätigt,
mit Hilfe dessen ein Hauptstromkreis geschlossen wird, in dern die Ankeranzugsspule
dann allein liegt. Gleichzeitig wird dabei die Ankerhaltespule kurzgeschlossen.
Bei Beendigung des Schließvorganges öffnet der Anker den Hilfsanker, und die Ankerhaltespule
wird im Rahmen des Steuerstromkreises wieder allein wirksam. Bei Unterbrechen des
Steuerstromes hebt der Anker mittels Federkraft ab. -Demgegenüber soll gemäß der
Erfindung ein Gleichstromschütz geschaffen.werden, bei. dem der Schließ- bzw. Unterbrechungsvorgang,
insbesondere einfies Verbraucherstromkreises., durch die resultierende Kraft zweier
sich gleich- bzw. gegensinnig überlagernder- magnetischer Felder erfolgt, welche
darüber hinaus beim Unterbrechungsvorgang den Lichtbogen bis zum Erlöschen nuslenkt.
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Gemäß der Erfindung wird: diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an sich
bekannte, aber magnetisch gekoppelte Ankeranzugsspulen und Ankerhaltespulen in.
dem Sinne angewendet werden, dali mit Hilfe einer Steuervorrichtung, beispielsweise
eines thermostatisch gesteuerten Spulenstromumschalters, der Spulesström geändert
wird.
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In Verbindung mit der Ausnutzung der an. sich bekannten Erkenntnis,
daß das magnetische Feld der Ankerhaltespule kleiner bemessen sein kann als das
der Ankeranzugsspule, ergibt sich, daß die Ankeranzugsspule infolge der unterstützenden
Wirkung der Ankerhaltespule beim Schließvorgang um den. Ankerhaltespulenanieil -
kleiner gehalten werden kansn. Da die Ankeranzugsspule nur kurzzeitig in Betrieb
ist, kann sie weiterhin noch stark unterdimensioniert sein. -Weitere Vorteile dieser
erfindungsgemäßen Zweispulen- und Einankeranordnung sind. darin zu erblicken, -
daß zur Ermöglichung dos Unterbrechungsvorganges das resultierende Magnetfeld einschließlich
seiner Remanenz zwecks erleichterten Abhebens des Ankers zum Verschwinden gebracht
wird und darüber hinaus sich gegensinnig aufbaut zwecks Löschung des Lichtbogens.
Dies wird durch Umkehr des Stromes in der Ankeranzugsspule und der damit verbundenen
Umkehr des größeren der beider. Einzelspulen-Magnetfelder erreicht.
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Gemäß der Erfindung kann also gegenüber den bekannten Anforderungen
zur gleichzeitigen Erreichung der dort unterschiedlichen Ziele auf deren Hilfseinrichtungen,
wie Hilfsanker oder Schlaganker und besonders vorgesehene Blasmagnetei oder Remanenzluftspalte,
verzichtet werden.
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Die Anwendung der Lehre der Erfindung läßt auch erstmalig eine Verringerung
der Schutzausmaße um etwa 8o %, also auf etwa zo °/a zu, so daß das Schütz vielfach
noch zusätzlich innerhalb des Gehäuses oder Mantels des Verbraueliergerätes - beispielsweise
in bereits fertig-konstruierten 50 bis 801 (Haushalt) Heißwassergeräten für
Schiffe - instajlliier@ werden kann.
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Im folgenden. eine nähere Erläuterung des schematischen Aufbaues und
der Wirkungsweise eines Gleichstromschützes in der Größenordnung für Elektro-Haushalt-Heißwassergeräte
zur Verwendung in Schiffen an einem Beispiel (Schaltstrom etwa 4o A bei 22o V; Abmaße:
6o X 6o X 6o mm). Es stellen dar Fig. i eine Ansicht, Fig. 2 eine Seitenansicht
gemäß Schnitt A-B in Fig. i, Fig. 3 ein Gesamtschaltbild, Fig. 4 stromführende Teile
während des Schließvorganges (Ankeranzug) des Verbraucherstromkreises nach der thermostatischen
Einsschaltung -im Schaltbild stark hervorgehoben, Fig. 5 stromführende Teile nach
dem Schließvorgang im Verbrancherstrümkreis (Betriebszustand) - im Schaltbild stark
hervorgehoben, Fig.6 stromführende Teile vor dem Unterbrechungsvorgang (Ankerabhebung)
des VeT-braucherstromkreises nach thermostatischer Umschaltung - im Schaltbild stark
hervorgehoben, Fig:7 Magnetisierungsverlauf (Hysteresis) infolge Stromumkehr (durch
thermos.tatische Umschaltung) .
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Aufbau Fig. 3: Von der Netzanschlußklemme i führt die Hauptstromverbindung
über den Verbraucher 3 -in diesem Falle eine Heizwicklung - zum Gegenkontakt 4,
Kontaktbrücke 6 (im angezogenen. Zustand), Gegenkontakt 5 -und. zurück zur Netzanschlußklemme
2.
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Die Kontaktbrücke 6 steht unter der Wirkung einer mechanischen Abhebekraft,
hier der Abhebefeder 7, die gegen die Anziehungskraft des Elektromagneten. wirk.
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Auf- dem Eisenkern 8 ist einmal die niederohmige Ankeranzugsspule
g und zum anderen die hochohmige Ankerhaltespule io aufgewickelt. Das eine Ende
der Ankerhaltespule io ist mit der Netzanschlußklemmea i direkt verbunden, -das
andere Ende ist mit dem Drehpunkt i i des Kontakthebels 12 des thermostatischen
Umschalters 13 verbunden.
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Die Ankeranzugsspule g liegt einerseits an dem Gegenkontakt 4 und
andererseits ebenfalls an dem Drehpunkt ii des Umschalters i3.
Zum
Umschalter 13 gehören die RegleranschlagkOntakte 14 und 15, zu denen. der Ko(:`akthe#bel
12 ,wahlweise eine elektrische Verbindung von seinem Drehpunkt i i je nach Unter-
oder -überschreiten der Einstelltemperatur herstellt. Der Umschalteranschlagkontakt
1d. ist mit der Netzan.SChlußklemme 2 direkt und der entgegengesetzte Urnschalteranschlagkontakt
15 über den Widerstand 16 mit der Netzanschlußklemme i verbunden.
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Fig. i und 2: Auf dem Eisenkern .8 ist ein Spulenkörper
17 mit den beiden beschriebenen Spulen 9 und. io aufgebracht. An beiden.
Seiten. des Eisenkerns 8 ist je ein nach innen gekröpfter Eisenwinkel als Magnetschenkel
18 und i9 befestigt. Die Gegenkontakte .I und 5 sind auf einem Isolierstück 2o unterhalb
der Kröpfung der Magnetschenkel 18 und i9 angebracht und über die Fortleitungen
q." und 5" mit den. Stromanschlußklemmen. i und 2 verbunden. Die Komtaktbrückenhalterung
besteht aus einem als U-Profil ausgebildeten Anker 21, der von der Halteplatte 22
gehalten wird. An dieser letzteren sind zwei Führungsstifte 23 und 24. angebracht,
die in den Führungsarmen 25 und 26 gleiten. Die eigentliche Kontaktbrücke 6 ist
beweglich mit ihrem isoliert eingebauten Schaft 27 an dem als !)-Profil ausgebildeten
Anker 21 aufgehängt mit Hilfe der Feder 28. Die Druckfedern 7-7, die auf den Führungsstiften
23 und 24 aufgezogen sind und sich gegen die Widerlager 29" bis 29,1 bzw. gegen
die Füh.rungsa:rme 25 und 26 abstützen, heben die eigentliche Kontaktbrücke 6 ab.
bei entsprechender Verminderung der magnetischen Durchflutung und damit der magnetischen
Kraft. Auf den Spulenkörper 17 ist gleichzeitig außer den. beiden Spulen
noch, der ohmsche Widerstand 16 mit aufgebracht (nicht beziffert). Wirkungsweise
Fig. d.: Bei Unterschreiten der an dem Umschalter 13 eingestellten Heißwassertemperatur
stellt dessen Kontakthebel 12 die elektrische Verbindung vom Drehpunkt i i zum Umschalteranschlagkon.takt
14 her. Es fließt ein Strom vom der Netzanschlußldemme 2 zum Drehpunkt i i des Kontakthebels
12, und teilt sich umgekehrt propoT-tional den Widerständen des einmal die nied,erohmige
Ankeran.zugsspule 9 sowie den noch weit niederohmigeren Verbraucher 3 enthaltenden
Zweiges und ein andermal des die hochohmige Ankerhaltespule io enthaltenden. Zweiges.
Folglich wird die Ankerhaltespule io von einem kleinen Strom und die Ankeranzugsspule
9 von einem großen, gleichsinnigen Strom durchflossen. Die entsprechend großen Durchflutuingen
addieren sich, und die entstehende magnetische Kraft zieht die Kontaktbrücke 6 an
gegen die Kraft der Abhebefeder 7, wobei sich die Kontaktbrücke 6 den Gegenkontakten
d. und 5 nähert und schließlich auf diese drückt.
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Fig. 5: Im Augenblick der elektrischen Verbindung der Gegenkontakte
q. mit 5 durch die Kontaktbrücke 6 wird die niederohmige Ankeranzugsspule 9 nahezu
stromlos, und ihr ehemaliger Strom fließt jetzt durch den über und durch die Kontaktbrücke
6 hergestellten, nahezu widerstandslosen, parallelen Zweig zum Verbraucher 3 und
zur Neczanschlußklemme i zurück. Im; der Ankerhaltespule io fließt der alte Teilstrom
weiter, und: durch die kleine Haltedurchflutung verbleibt die Kontaktbrücke 6 im
angezogenen Zustand.. Damit ist der Betriebszt,stand: erreicht.
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Fig. 6: Bei Überschreiten der am Umschalter 13
eingestellten
Heißwassertemperatur stellt dessen Kontakthebel 12 die elektrische Verbindung vom
Drehpunkt i i zum entgegengesetzten Umschalteranschlagkontakt 15 her. Von. der Netzanschlußklemme
2 fließt jetzt der gesamte Strom über die Kontaktbrücke 6 und teilt sich hinter
dem Gegenkontakt q.. Die Ankeranzugsspule 9 wird jetzt von einem großen Strom gegensinnig
durchflossen. Durch diese Stromumkehr wird. - wie beschrieben - das magnetische
Feld. einschließlich. seiner Remanenz abgebaut, wobei die Abhebefeder und die, Kontaktbrücke
6 von den Gegenkontakten d. und 5 abheben.
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Ehe sich das gegensinnige magnetische Differenzfeld in seiner Größe
aufgebaut hat, ist die Komtaktb.rücke 6 mit Hilfe der Abhebefeder 7 außerhalb des
Wirkungsbereiches desselben.
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Durch das Umschaltcn des Umschalters 13 wird gleichzeitig erreicht,
daß der große Ankeranzugsspulen.s.trom nicht in seiner ganzen Größe auch durch die
Ankerhaltespule io fließt, indem ein Teilstrom über den Kontakthebel 12 zum Widerstand
16 und weiter zur Netzanschlußklemme i abgezweigt wird.
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Fig. 7: Die magnetische Induktion 2 hat im Betriebszustand den Wert
a und verringert sich beim Umschalten. des Ankeranzugsspu.lenstromes auf den Wert
b. Auf diesem Wege stellt sich beim Strom-Nulldurchgang der Remanenzwert r ein,
der größer ist als der angedeutete äquivalente Gegenwert f' der Abhehefedern. Die
Kontaktbrücke hebt also noch nicht beim Nulldurchgang des Stromes ab, sondern erst
bei Erreichen des Induktionswertes f', der der Abhebefed,erkraft das Gleichgewicht
nach Anwachsen des gegensinnigen Stromes hält.
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Beim Induktionswert b ist das Differenzfeld so stark, daß es die Lichtbögen
so weit auslenkt, bis die letzteren abreißen. Dadurch werden alle Teile des Schützes
stromlos, und die Induktion 2 klingt auf den gegensinnigen Remanenzwert Y ab.
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Zur Erzielung def optimalem Wirkung ist ein Gleichlauf zwischen Ab-
und. Wiederaufbau der Induktion und der Bewegung der Kontaktbrücke 6 erforderlich.