DE1080672B - Schnellkurzschliesser - Google Patents

Description

DEUTSCHES

In der Elektrotechnik wird oftmals die Forderung gestellt, bedarfsweise eine große Anzahl von Kontakten in äußerst kurzer Zeit kurzschließen zu können. Dabei handelt es sich im allgemeinen nicht um periodisch wiederkehrende Schaltvorgänge, sondern diese Schaltvorgänge werden nur eingeleitet, um eine andere elektrische Anlage bzw. Maschine im Falle einer Betriebsstörung zu überbrücken und damit vor größeren Schaden zu bewahren. Die Kontaktbrücken bisher in diesen Fällen angewandter Schnellkurzschließer werden durch Federkraft beschleunigt und sind deshalb mit einer gewissen Trägheit behaftet, deren Ursache in der Masse der zu beschleunigenden, in Anbetracht des großen Kurzschlußstromes schweren Kontaktbrücke liegt. Eine Schaltzeit von ungefähr 3 -10~³ see kann deshalb mit den bekannten Schnellkurzschließern nicht unterschritten werden. Diese Schaltzeit ist jedoch zu lang, wenn es sich darum handelt, besonders hochwertige Maschinen vor Beschädigungen zu bewahren.

Es ist darüber hinaus bereits bekanntgeworden, die Rotationsenergie von Schwungscheiben zur Betätigung von Schalterkontakten auszunutzen. Die Übertragung der Rotationsenergie auf die beweglichen Kontakte erfolgt dabei über eine besondere Zug- bzw. Druckstange, die bedarfsweise mit der rotierenden Schwungscheibe gekuppelt wird. Mit Hilfe eines derartigen Schnellschalters kann jedoch nur eine begrenzte Anzahl von Kontakten betätigt werden, wenn man deren Abmessungen noch in wirtschaftlichen Grenzen halten will, weil auch bei diesem Schalter große, zunächst noch ruhende Massen plötzlich beschleunigt werden müssen.

Das gleiche gilt für einen anderen bekanntgewordenen Schalter, der elektromagnetisch betätigt wird und dessen Magnetkreise so dimensioniert worden sind, daß Schaltzeiten von weniger als 3 · 10-* see erzielt werden. Auch hier würde man bei größeren, zunächst ruhenden und dann zu beschleunigenden Massen¹ zu außerordentlich großen Elektromagneten gelangen, so daß auch diese Bauweise unwirtschaftlich ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Schnellkurzschließer, dessen Schaltbewegung mit Hilfe der Rotationsenergie einer sich vor dem Schaltvorgang ständig drehenden Scheibe erfolgt. Erfindungsgemäß dient die rotierende Scheibe selbst als zu beschleunigendes Schaltelement und wird durch -eine bedarfsweise an einer Stelle des Scheibenumfahges entgegengesetzt zu ihrer Drehrichtung zur Einwirkung gebrachte Kraft, hervorgerufen durch ein festes Widerlager, unter gleichzeitiger Trennung von ihrer Antriebswelle zwischen die zu überbrückenden Kontakte geschleudert.

Ein derartiger Schnellkurzschließer wird beispielsweise so aufgebaut, daß sämtliche im Störungsfalle kürzzuschließenden Kontakte in zwei parallelen Ebenen

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Eugen Märtens, Berlin-Schöneberg,
ist als Erfinder genannt worden

kreisförmig einander paarweise gegenüberstehend angeordnet sind, zwischen denen eine auf ihrem Umfang

gezahnte Scheibe aus elektrisch leitendem Werkstoff rotiert, die durch eine leicht abzuscherende Verbindung an der Antriebswelle des Antriebsmotors befestigt ist und vermöge der ihr innewohnenden großen Rotationsenergie unter Zerstörung der Verbindung zur Antriebs- welle zwischen die Kontakte geschleudert wird, wenn mit Hilfe eines Sperrhebels, der in Eingriff mit der Verzahnung der Scheibe gebracht wird, die weitere Drehung der Scheibe verhindert wird.

Mit der Erfindung wird ein neuer Weg beschatten, indem die Rotationsenergie einer Schwungscheibe zum Abtrennen dieser Scheibe von der dieselbe ursprünglich tragenden Welle und zur Erzeugung der translatorischen Bewegung der Scheibe zur Überbrückung zahlreicher auf. konzentrischen Kreisenangeordneter Kontakte ausgenutzt wird. Zum Kurzschließen sind keine ruhenden Massen zu beschleunigen, wenn man von der sehr geringen Masse des Sperrhebels absieht, der auf einem außerordentlichkurzen Weg durch einen relativ kleinen Elektro- magneten zu beschleunigen ist. Das den Kurzschluß herbeiführende Schaltorgan, die rotierende Scheibe, braucht jedoch nicht durch Energiezufuhr beschleunigt zu werden, sondern es wird .im Augenblick des Einrastens des Sperrhebels lediglich die Rotationsenergie der Scheibe zum größten Teil in translatorische, kinetische Energie umgesetzt.

Die innerhalb des erfindungsgemäß aufgebauten Schnellkurzschließers auftretenden Kräfte lassen sich im übrigen dadurch klein halten, daß die Scheibe aus-

Leichtmetall hergestellt wird. Die kinetische Energie einer derartigen, aus Leichtmetall bestehenden Scheibe läßt sich durch geeignete Formgebung, Bemessung der Drehzahl und Gestaltung der Befestigung auf der rotierenden Welle ohne weiteres so bemessen, daß-

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zwar das erwünschte schlagartige Abscheren der Befestigungselemente erfolgt, jedoch eine Zerstörung oder Beschädigung des die Scheibe anhaltenden Sperrhebels vermieden wird. Die Trennung der Scheibe von ihrer Antriebswelle ist nicht als Nachteil anzusehen; denn einmal ist es im Rahmen der bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Schnellkurzschließers nicht erforderlich, daß derselbe unmittelbar nach einem, durchgeführten Kurzschließen sofort wieder betriebsbereit sein muß, weil in dem hauptsächlichen Anwendungsbereich eines erfindungsgemäßen Schnellkurzschließers, der bedarfsweisen Überbrückung einer großen Anzahl parallel geschalteter Gleichrichterelemente, die das Kurzschließen bedingenden Störungen erfahrungsgemäß nur sehr selten auftreten, und zum anderen läßt sich die Verbindung zwischen der Scheibe und ihrer Antriebswelle ohne weiteres so ausbilden, daß das Auswechseln bzw. das Neueinsetzen einer Scheibe in sehr kurzer Zeit durchgeführt werden kann. Ein geeignetes Mittel hierzu ist eine Verbindung, bei der ein Zapfen mit flanschförmigem Ansatz, an dem die Scheibe durch Hohlniete befestigt ist, verdrehungssicher an der Antriebswelle befestigt wird.

An Hand der Fig. 1 und 2 sei ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schnellkurzschließers erläutert.

Fig. 1 stellt einen Schnitt durch den Schnellkurzschließer längs der Antriebswelle der Scheibe und

Fig. 2 einen Schnitt durch den Schnellkurzschließer längs der in Fig. 1 durch eine strichpunktierte, stark gezeichnete Linie angedeuteten Ebene dar.

Nach Fig. 1 ist auf einer Antriebswelle 1, die beispielsweise zu einem hier nicht dargestellten Elektromotor gehören kann, mittels der Hohlniete 2 eine Scheibe 3 befestigt, deren Umfangszone durch einen Wulst 4 verstärkt ist. Auf dem Umfang selbst befindet sich eine Verzahnung 5 (Fig. 2). Auf beiden Seiten der Scheibe 3 sind, in bestimmtem Abstand von derselben, einander paarweise gegenüberstehende Kontakte 6 angeordnet, die (Fig. 2) insgesamt über zwei parallele Kreise verteilt sind. Die elektrisch voneinander isolierten Kontakte 6 bestehen aus schmalen Blechstreifen, die in an sich bekannter Weise an Stromzuführungsleisten 7 befestigt sind und deren Form dem Profil der Scheibe 3 weitgehend angeglichen wurde, um den allseitigen Abstand zwischen ihnen und dem Wulst 4 der Scheibe 3 möglichst klein halten zu können. Damit wird erreicht, daß bereits bei einer kleinen Lageänderung der Scheibe 3 in irgendeiner radialen Richtung sofort eine Berührung zwischen dem Wulst 4 dieser Scheibe 3 und sämtlichen Kontakten 6 eintritt. Da die Scheibe 3 aus leitendem Werkstoff besteht, werden in einem solchen Falle sämtliche Kontakte 6 miteinander leitend verbunden, also die mit diesen Kontakten 6 wiederum leitend verbundenen elektrischen Geräte oder Maschinen kurzgeschlossen. Um eine Sicherung dafür vorzusehen, daß die Scheibe 3 nach Trennung von der Antriebswelle 1 auf keinen Fall andere, in der Nähe befindliche Teile beschädigt, ist schließlich ein Kranz 8 aus festem Werkstoff vorgesehen, der gleichzeitig als Wand eines nicht dargestellten Schaltergehäuses dienen kann.

Nach Fig. 2 gehört zu dem erfindungsgemäßen Schnellkurzschließer außerdem noch ein Elektromagnet 9, dessen Klappanker 10 um einen hebelförmigen Ansatz 11 verlängert ist. Der Ansatz 11 ist so bemessen und geformt, daß sich seine zahnförmige Vorderkante 12 bei erregtem Magneten 9 so dicht wie möglich vor der Verzahnung 5 der im Normalbetrieb in Pfeilrichtung rotierenden Scheibe 3 befindet.

Wenn jetzt, beispielsweise weil die mit den Kontakten 6 verbundenen elektrischen Elemente durch plötzlich auftretende zu große Ströme gefährdet sind, über irgendeinen Steuerkreis der verhältnismäßig nur sehr kleine Erregerstrom des Elektromagneten 9 unterbrochen wird, dann schwenkt die Feder 13, die sich am Gehäuse des Elektromagneten 9 abstützt, den Klappanker 10 samt dem Ansatz 11 so weit, daß er mit seiner Vorderkante 12 in die Verzahnung 5 eingreift. Dadurch wird die Drehung der Scheibe 3 um die Achse der Antriebswelle 1 mit einem Schlag beendet, und die Rotationsenergie der Scheibe 3 erzeugt eine momentane Drehung dieser Scheibe 3 um eine Achse, die gegeben ist durch die Vorderkante 12 des Ansatzes 11. Dies hat ein Abscheren der Hohlniete 2 unter gleichzeitiger Verlagerung der Scheibe 3, die mit großer Wucht in radialer Richtung zwischen die Kontakte 6 geschleudert wird, zur Folge. Da, wie bereits an Hand der Fig. 1 erläutert, die Kontakte 6 und der Wulst 4 der Scheibe 3 so geformt sind, daß schon die kleinste Bewegung der Scheibe 3 in radialer Richtung zu einer satten Berührung sämtlicher Kontakte 6 mit der aus leitendem Werkstoff bestehenden Scheibe 3 führt, ist in Anbetracht der großen kinetischen Energie, die zur Beschleunigung der Scheibe 3 leicht in derselben gespeichert werden kann, der hier geschilderte Vorgang des Kurzschließens in außerordentlich kurzer Zeit beendet. Die mit dem erfindungsgemäßen Schnellkurzschließer erreichbare Schaltzeit liegt erheblich unter den bisher üblichen Schaltzeiten.

Nach erfolgtem Kurzschließen kann der erfindungsgemäße Schnellkurzschließer leicht wieder dadurch betriebsbereit gemacht werden, daß die vorher verwendete Scheibe 3 oder eine neue mit Hilfe von Hohlnieten 2 an der Antriebswelle 1 befestigt wird.

Besonders vorteilhaft kann ein erfindungsgemäß ausgebildeter Schnellkurzschließer durch die Möglichkeit, beliebig viele Kontakte 6 anzuordnen, zum Schutz von sogenannten Halbleiter-Gleichrichtern, wie Germanium- und Siliziumgleichrichtern, eingesetzt werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schnellkurzschließer, dessen Schaltbewegung mit Hilfe der Rotationsenergie einer sich vor dem Schaltvorgang ständig drehenden Scheibe erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Scheibe selbst als zu beschleunigendes Schaltelement dient und durch eine bedarfsweise an einer Stelle des Scheibenumfanges entgegengesetzt zu ihrer Drehrichtung zur Einwirkung gebrachte Kraft, hervorgerufen durch ein festes Widerlager, unter gleichzeitiger Trennung von ihrer Antriebswelle zwischen die zu überbrückenden Kontakte geschleudert wird.

2. Schnellkurzschließer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche im Störungsfalle kurzzuschließenden Kontakte in zwei parallelen Ebenen kreisförmig einander paarweise gegenüberstehend angeordnet sind, zwischen denen eine auf ihrem Umfang gezahnte Scheibe aus elektrisch leitendem Werkstoff mit großer Drehzahl rotiert, die durch eine leicht abzuscherende Verbindung an der Antriebswelle des Antriebsmotors befestigt ist und vermöge der ihr innewohnenden Rotationsenergie unter Zerstörung der Verbindung zur Antriebswelle zwischen die Kontakte geschleudert wird, wenn mit Hilfe eines Sperrhebels, der in Eingriff mit der Verzahnung der Scheibe ge-

bracht wird, die weitere Drehung der Scheibe verhindert wird.

3. Schnellkurzschließer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangszone der Scheibe (3) durch einen Wulst (4) verstärkt ist.

4. Schnellkurzschließer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Blechstreifen bestehenden, elektrisch voneinander isolierten, kreisförmig beiderseits der Scheibe (3) angeordneten Kontakte (6) so gebogen sind, daß sie den Wulst (4) der Scheibe (3) mit gleichbleibendem Abstand umschließen.

5. Schnellkurzschließer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im normalen Betrieb der das feste Widerlager bildende Ansatz (11) des Klappankers (10) durch einen Elektromagneten (9) kleiner Leistung entgegen der Kraft einer Feder (13) außer Eingriff mit der Verzahnung (5) der Scheibe (3) gehalten wird, während im Störungsfalle die Erregung des Elektromagneten (9) unterbrochen und der Ansatz (11) durch die Feder (13) in Eingriff mit der Verzahnung (5) der Scheibe (3) gebracht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 947 812, 462 735;
ETZA, 29. Jahrgang (1958), Heft 5, S. 137 bis 143.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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