DE1067515B - Elektrodynamisches System zur Betaetigung oder Ausloesung eines Schalters - Google Patents

Description

Als Auslöser für Schalter und direkt als Schalter verwandte man bisher überwiegend Anordnungen, in denen die von einer stromdurchflossenen Spule erzeugte magnetische Kraft ausgenutzt wurde. Um eine möglichst große magnetische Kraft zu bekommen, ließ man in diesen Anordnungen den magnetischen Fluß innerhalb von Eisenkernen verlaufen, was jedoch den Nachteil hat, daß wegen der Sättigung des Eisens die Beschleunigung des beweglichen Magnetankers nicht beliebig gesteigert werden kann. Dadurch ist es nicht möglich, die Eigenzeit solcher Systeme unter eine bestimmte Grenze herabzudrücken. Aus diesem Grunde sind Schalteinrichtungen mit extrem niedriger Eigenzeit entwickelt worden, welche mit Hilfe von Systemen gesteuert werden, die kein Eisen enthalten und in denen die dynamische Wirkung des elektrischen Stromes ausgenutzt wird.

Ein solches System besteht beispielsweise aus einer Erregerspule und einem mit dieser induktiv gekoppelten Kurzschlußring. Die Erregerspule ist fest gelagert, während sich der Kurzschlußring in Richtung der Wicklungsachse bewegt. Wird durch die Erregerspule ein Stromstoß geschickt, so entstehen zwischen den beiden Spulen Abstoßkräfte, und der Kurzschlußring wird mit sehr hoher Beschleunigung in Bewegung gesetzt. Die Abstoßkräfte sind um so größer, je schneller sich der Strom in der Zeiteinheit ändert. Es ist daher zweckmäßig, zur Erregung beispielsweise den Entladestrom eines Kondensators zu verwenden.

Mit einem derartigen System lassen sich zwar sehr niedrige Schaltzeiten erreichen, jedoch sind besondere Einrichtungen zur geradlinigen Führung des beweglichen Kurzschlußringes und zum Festhalten des Kurzschluß ringes in seiner Endlage erforderlich.

Die vorliegende Erfindung geht nun von dem Gedanken aus, daß durch die Ausnutzung einer anderen dynamischen Wirkung des elektrischen Stromes die genannten Nachteile der bekannten Anordnung zu vermeiden sind. Sie beruht auf der Tatsache, daß in einem Spulensystem jede fest angeordnete, nicht kreisförmige Kurzschlußwindung bei einer Änderung des Erregerstromes in der Primärspule versucht, kreisringförmige Gestalt anzunehmen, und zwar um so mehr, je stoßartiger diese Änderung erfolgt. Die Erfindung wird darin gesehen, daß der Kurzschluß ring, zumindest auf einem Teil seines Umfanges in der Ringebene verformbar ist und seine bei stoßartigem Stromfluß durch die Erregerspule erfolgende Verformung zur Betätigung der Schalterauslösung dient.

Der Kurzschlußring besitzt vorzugsweise ovale Form, an deren Stelle aber auch jede andere nicht kreisrunde, z. B. rechteckige, Form treten kann. Besteht wie im vorstehend erläuterten Fall die gesamte Kurzschlußwindung aus einem Teil, dessen elastische Elektrodynamisches System
zur Betätigung oder Auslösung
eines Schalters

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke
Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Erich Reinhard, Berlin-Siemensstadt,
ist als Erfinder genannt worden

Verformung zur Auslösung einer Schaltbewegung ausgenutzt wird, so ist eine Rückstellkraft nicht erforderlich, denn nach Abklingen der Stoßerregung kehrt die Kurzschlußwindung von selbst in ihre Ruhelage zurück.

Eine vorteilhafte Ausführung eines elektrodynamischen Systems nach der Erfinditng wird erhalten, wenn man die Kurzschlußwindung so aufbaut, daß sie sich nur zum Teil verformt. Sie besteht dann aus einem starren, nicht verformbaren Teil, welches nicht völlig in sich geschlossen ist, also z. B. U-förmige Gestalt besitzt, und einem in sich verformbaren Teil, das in die Öffnung des U-förmigen Teils eingesetzt ist und dadurch die Kurzschlußwindung schließt. Das ver formbare Teil ändert dann bei stoß artiger Erregung des Systems auf Grund der dynamischen Wirkung des Stromes seine Gestalt derart, daß dadurch eine Schaltbewegung ausgelöst werden kann.

Diese Anordnung läßt sich noch dadurch verbessern, daß nach einem weiteren Erfindungsgedanken die Länge des verformbaren Teiles etwas größer bemessen wird als die öffnung des starren Teiles, in die es eingesetzt ist. Dadurch steht das verformbare Teil unter einer gewissen Druckspannung, deren Richtung senkrecht auf seiner Verformungsrichtung steht. Durch diese Druckspannung wird dem verformbaren Teil bei Auslösung des Systems eine zusätzliche Beschleunigung erteilt, welche zu einer weiteren Herabsetzung der Eigenzeit des Systems führt.

Bei dieser Ausführungsform ist für die Rückführung des beweglichen Teiles in seine Ausgangsstellung eine Rückstelleinrichtung erforderlich, die aus einer belie-

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Claims (6)

bigen, an sich bekannten Anordnung bestehen kann, in einfachen Fällen z. B. aus einer von Hand betätigten Rückstelltaste, bei automatischer Rückstellung z. B. aus einer Feder oder einem durch Druckkraft oder Drucköl bewegten Kolben. Eine Anordnung gemäß der Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft als Rückstromsperre in Gleichstromkreisen oder als Kurzschließer für Kontaktumformer verwenden, da es in diesen Fällen besonders auf eine niedrige Eigenzeit des Schaltsystems ankommt. Im folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele eines elektrodynamischen Systems gemäß der Erfindung beschrieben. Fig. 1 und 2 zeigen zwei Anordnungen, die das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip verdeutlichen; Fig. 3 und 4 sowie 5 bis 7 zeigen je ein Ausführungsbeispiel eines elektrodynamischen Systems gemäß der Erfindung; Fig. 8 zeigt den Zusammenbau einer Anordnung gemäß Fig. 3 mit einer Schalteinrichtung; Fig. 9 zeigt eine Schaltung, die zur Auslösung der in den vorhergehenden Figuren beschriebenen Systeme dienen kann. In Fig. 1 bezeichnet 1 die Erregerwicklung und 2 den gemäß der Erfindung nicht kreisförmig, sondern /.. B. oval gestalteten Kurzschlußring, der sich bei stoßartigem Stromfluß durch die Erregerspule zumindest zum Teil elastisch verformt. An diesem Kurzschlußring liegt z. B. ein Stößel 3 an, der sich infolge der Verformung des Kurzschlußringes in Pfeilrichtung bewegt und auf eine beliebige Schaltoder Auslöseeinrichtung einwirken kann. In Fig. 2 ist im Prinzip dieselbe Anordnung dargestellt, jedoch mit einer rechteckigen Kurzschlußwindung, deren Schenkel 4, 5 und 7 so dimensioniert sind, daß sie sich bei Erregung des Systems nicht verformen, während der Schenkel 6 schwächer gehalten ist, so daß er sich unter dem Einfluß des Kurzschlußstromes ausbiegen kann und dadurch den Stößel 3 bewegt. Fig. 3 zeigt eine andere Ausführung- eines elektrodynamischen Systems gemäß der Erfindung, in der die Kurzschlußwindung aus einem ovalen, nicht geschlossenen Teil 8 besteht, in dessen öffnung ein Stab 9 unter einer gewissen Druckvorspannung eingesetzt ist. Das Teil 8 ist so bemessen, daß es bei Erregung der Kurzschluß windung seine Gestalt nicht ändert, während der Stab 9 sich in diesem Fall ausbiegt und dadurch den Stößel 3 in Pfeilrichtung bewegt. Der Stab 9 ist mit zylindrischen Stirnflächen oder zylindrischen Ansätzen 9' an seinen Enden versehen, die das Ausbiegen begünstigen. Der Anschlag 10 sorgt dafür, daß der Stab bei Zurückführung in seine Ausgangsstellung nicht nach innen einknickt. Der Stab 9 kann an sich beliebigen Querschnitt besitzen; es ist jedoch vorteilhaft, einen rechteckigen Querschnitt zu verwenden, um eine bevorzugte Biegebzw. Knickrichtung zu erhalten. In Fig. 5 besteht die Kurzschlußwindung aus einem U-förmigen Teil 11 und einer vier Rollen enthaltenden Rollenklinke 12. Wie bereits erläutert, stehen die Rollen 12 unter einer gewissen Druckspannung, die zu einer zusätzlichen Beschleunigung bei der Auslösung führt. Die mittleren Rollen werden bei Erregung der Spule 1 nach außen gedrückt und bewegen den Stößel in Pfeilrichtung. Ebenso wie in Fig. 3 sorgt der Anschlag 10 dafür, daß die Rollenklinke bei Zurückführung in ihre Ausgangsstellung nicht nach innen einknickt. Die Arbeitsstellung des Systems ist in Fig. 7 dargestellt. Der Einfachheit halber wurde in dieser Figur die Erregerwicklung 1 weggelassen. Die Fig. 4 und 6 zeigen die Lage der Erregerspule 1 gegenüber der Kurzschlußwindung. Die Windungen der Erregerspule sind gleichachsig zu beiden Seiten der Kurzschlußwindung angeordnet. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß nahezu der gesamte von der Erregerwicklung erzeugte Fluß die Kurzschlußwindung durchsetzt. In der Anordnung nach Fig. 5 dient ebenso wie in den Anordnungen nach den Fig. 1 bis 3 ein Stößel 3 dazu, die von der Deformation der Kurzschlußwindung oder eines Teiles davon herrührende Bewegung auf eine beliebige Schalt- oder Auslöseeinrichtung zu übertragen. Im Gegensatz dazu ist in Fig. 8 dargestellt, wie in besonders einfacher Weise der Stößel 3 direkt eine Kontaktbrücke 13 tragen kann, die mit den Kontakten 14 und 15 zusammenarbeitet. Ztir Rückführung der Kontaktbrücke 13 in ihre Ausgangsstellung dient eine Feder 16, die sich an einer aus Isolierstoff bestehenden Brücke 17 abstützt. Wie bereits in der Einleitung erwähnt, ist es besonders vorteilhaft, zur Erregung des Systems gemäß der Erfindung den Entladestrom eines Kondensators zu verwenden. Eine entsprechende, an sich bekannte Schaltung ist in Fig. 9 dargestellt. Sie besteht aus einem Kondensator 18 und einer Funkenstrecke mit den Elektroden 19, 20 und 21. An die Klemmen 22 und 23 ist die Erregerspule des Systems angeschlossen, während auf die Klemmen 24 und 25 ein Spannungsimpuls beliebigen Verlaufs gegeben wird. Der Kondensator 18 wird aus einem nicht dargestellten Gleichstromnetz aufgeladen. Wird an die Klemmen 24 und 25 eine Spannung angelegt, so zündet die Funkenstrecke zwischen den Klemmen 19 und 21, und der Kondensator entlädt sich stoßartig über die Erregerspule des Systems, was eine Deformation der bereits beschriebenen Kurz Schluß windung zur Folge hat. Patentansprüche:

1. Elektrodynamisches System zur Betätigung oder Auslösung eines Schalters mit einer Erregerspule und einem mit dieser induktiv gekoppelten, nicht kreisförmigen Kurzschlußring, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring, zumindest auf einem Teil seines Umfanges, in der Ringebene verformbar ist und seine bei stoßartigem Stromfluß durch die Erregerspule erfolgende Verformung zur Betätigung der Schalterauslösung dient.

2. Elektrodynamisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußwindung ovale Form besitzt.

3. Elektrodynamisches System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine in sich starre Kurzschlußwindung, die ein in der Windungsebene verformbares Teil enthält, dessen Länge vorzugsweise etwas größer bemessen ist als die öffnung des starren Teils.

4. Elektrodynamisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare Teil aus einem Stab, insbesondere einem Flachstab (9), besteht.

5. Elektrodynamisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen des Flachstabes zylinderförmig abgerundet sind.

6. Elektrodynamisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare Teil aus einer Rollenklinke (12) besteht.