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Es sind bereits Vorrichtungen zum Schutze von elektrischen Stromkreisen gegen unzulässige Erwärmung bekannt, bei welchen das endgültige Abschalten des gefährdeten Stromkreises, nach Einleitung des Schaltvorganges durch einen unter dem Einfluss einer Heizwicklung stehenden Temperatursehalter, mittels einer Schmelzsicherung erfolgt.
Von diesen bekannten Vorrichtungen unterscheidet sich die den Erfindungsgegenstand bildende Schutzvorrichtung im wesentlichen dadurch, dass sie eine Mehrzahl von parallel geschalteten Schmelzsicherungen enthält, die je für sich höchstens die normale Dauerstromstärke, in ihrer Gesamtheit dagegen ein Vielfaches dieser Stromstärke ohne Abschaltung zu führen vermögen, und dass einem Teil dieser Schmelzsicherungen Temperaturschalter vorgeschaltet sind, die derart unter dem Einfluss einer Heizwicklung stehen, dass sie bei Erwärmung der letzteren über eine vorherbestimmte Temperatur ausgelöst werden und dadurch die Gesamtheit der Schmelzsicherungen soweit schwächen, dass der Stromkreis durch die verbliebenen Schmelzsicherungen abgeschaltet wird.
Durch diese Einrichtung ist ein betriebssicheres Abschalten auch von sehr grossen Stromstärken möglich, insbesondere ist die Gefahr, dass an den Temperaturschaltern Lichtbogen stehen bleiben, beseitigt.
Die parallel geschalteten Schmelzsicherungen und ihre Heizspule können unmittelbar in den zu schützenden Stromkreis eingeschaltet sein, sie können aber auch im Nebenschluss dazuliegen, in welchem Falle ein weiterer, durch eine unmittelbar in den zu schützenden Stromkreis eingeschaltete Heizspule oder durch den Stromkreis selbst beeinflusster Temperaturschalter vorgesehen sein muss, der bei dem Eintritt einer unzulässigen Erwärmung den vollen Betriebsstrom durch den Nebenschluss leitet.
Um den Stromkreis bei plötzlichen starken Überlastungen, z. B. bei Kurzschlüssen abzuschalten. kann der neuen Wärmesehutzvorrichtung eine gewöhnliche Schmelzsicherung vorgeschaltet sein. Damit bei Kurzschlüssen od. dgl. nur diese gewöhnliche Sicherung und nicht zugleich auch die parallel geschalteten Schmelzsicherungen der Wärmeschutzvorrichtung ansprechen, muss bei unmittelbarer Anordnung der parallel geschalteten Schmelzsieherungen im zu schützenden Stromkreis die Gesamtheit der letzteren so bemessen sein, dass sie eine grössere Stromstärke zu führen vermögen als die Kurzschlusssicherung.
Die neue Wärmeschutzvorrichtung und die gewöhnliche Schmelz-oder Kurzsehlusssicherung können gemeinsam in einem auf der Schalttafel, am Schaltbrett, in einem Schaltkasten od. dgl. angeordneten Sieherungselement untergebracht sein. Dabei kann die aus den parallel geschalteten Schmelzsicherungen. den Temperaturschaltern und der Heizspule bestehende Schutzvorrichtung im abschra. ubbaren Kopf des Elements sich befinden, was eine besonders einfache und schnelle Auswechslung gestattet.
Da bei Anordnung sämtlicher Schmelzsicherungen in einem gemeinsamen Element die üblichen Kennplättehen höchstens bei einem Teil der Schmelzsicherungen von aussen sichtbar gemacht werden können, gelangt gemäss der Erfindung eine neuartige Kennvorrichtung zur Anwendung, die von den Sicherungen räumlich getrennt, beispielsweise in einem besonderen Längskanal des Sicherungselements angeordnet werden kann. Diese Kennvorrichtung beruht auf der von den Ingenieuren Johnson fund Rahbeck gemachten Entdeckung, dass eine erhebliche Anziehung zwischen den Oberflächen zweier einander berührenden glatten Flächen eines Leiters und eines Halbleiters oder zweier Halbleiter auftritt,
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wenn ein Strom von einer Fläche zur andern übergeht.
Ihre Einrichtung wird weiter unten ausführlich beschrieben werden.
Die Zeichnung veranschaulicht mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, und zw. zeigen Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch ein Sicherungselement nach dem ersten Aus-
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Ausführungsbeispiel, Fig. 5 einen-Querschnitt nach der Linie B-B der Fig. 4. Fig. 6 das Sehaltungsschema für die neue Kennvorriehtung, Fig. 7 das Schaltungsschema einer Schutzvorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel.
In den Fig. 1-3 ist 1 der Sockel eines an einer Schalttafel od. dgl. zu befestigenden Sicherung- elements. Derselbe trägt an seiner Unterseite die beiden Anschlussklemmen 2, :"während in seinem Innern der von einem Passring 4 umgebende Fusskontakt 5 für eine in den Sockel einzusetzende gewöhnliche Sieherungspatrone, beispielsweise eine Diazedpatrone 6, sowie ein metallischer Gewindering 7 zum Aufschrauben des Elementkopfes 8 angeordnet sind. Der Fusskontaktt ? steht wie üblich mit der einen Klemme 2 in Verbindung, während der Gewindering 7 mit der andern Klemme 3 verbunden ist.
Der Kopf des Sieherungselements enthält ein Gewinderohr 9 zum Einschrauben in den Gewindering 7 sowie einen Kopfkontakt 10 für die Sicherung 6. Dieser Kopfkontakt ist durch den festen Kopf einer
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Bleehkappe 14 verschlossenen Aussparung des Deckels 13.
Der Elementenkopf enthält an seiner Oberseite eine konzentrisch zum Schraubenschaft 11 angeordnete zylindrische Aussparung 15, die gewöhnlich durch den Deckel 1. abgeschlossen ist. In dieser Aussparung befindet sich eine den Schaft 11 umgebende Heizspule 16, deren inneres Ende am Schraubenschaft und deren äusseres Ende an einem die Spule umgebenden Metallrohr 17 festgelötet ist. Diese Heizspule ist so ausgebildet, dass sie sieh möglichst in genauer Übereinstimmung mit dem zu schützenden Stromkreis, z. B. der Wicklung eines Lasthebemagneten od. dgl. erwärmt. Der Elementenkopf 8 ist rings um die Aussparung 15 mit einer Mehrzahl von durchlaufenden Längskanälen 18 (im Beispiel fünf) versehen.
Letztere enthalten je einen Schmelzdraht. 19, 19a usw. Diese fünf Schmelzdrähte sind mit ihrem unteren Ende an einem Metallring 20 befestigt, der mit dem Gewinderohr 9 leitend verbunden ist.
Das obere Ende des einen Schmelzdrahtes 19 ist an einem Metallstreifen.'H befestigt, der seinerseits mit dem die Spule 16 umgebenden Metallrohr 17 mechanisch und elektrisch leitend in Verbindung steht.
Die oberen Enden der übrigen Sehmelzdrähte 19a sind dagegen mit in den oberen Enden der zugehörigen Kanäle 18 befestigten Metallbolzen 22 verbunden, auf welchen kleine Schalthebel 23 drehbar gelagert sind, die in Aussparungen M am oberen Ende des Elementenkopfes 8 sich befinden. Die Anordnung der Hebel 2. 3 ist derart, dass sie sich auf den Bolzen 22 drehen können, ohne dass dadurch ihre leitende Verbindung mit den Bolzen gestört wird. Gegebenenfalls können sie mit den Bolzen auch noch durch kleine, biegsame Litzehen verbunden sein.
Die Schalthebel ; 23 befinden sich gewöhnlich in der in Fig. 2 gezeichneten Stellung, in welcher sie mit ihren freien Enden an dem die Heizspule 16 umgebenden Metallrohr 17 anliegen, wobei sie an diesem Rohr mittels einer bei einer vorher bestimmten Temperatur schmelzenden Legierung festgelötet sind. Sie stehen unter dem Einfluss von Blattfedern 25, welche bestrebt sind,
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der Hebel gehindert sind.
Es sei beispielsweise angenommen, dass'der zu schützende Stromkreis eine Stromstärke von 12Amp. dauernd auszuschalten vermag, ohne dass eine unzulässige Erwärmung eintritt. Dann werden die Schmelzdrähte 19, 19a, die sämtlich die gleiche Abschaltcharakteristik besitzen müssen, so bemessen, dass jeder
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führenden Leitungen eingeschaltet. Der Strom fliesst von der Klemme 2 durch den Fusskontakt 5, die Schmelzsicherung 6 und den Kontakt 10 zur Heizspule 16.
Nachdem er diese durehflossen hat, verteilt er sieh durch den Metallstreifen 21 und die Schalthebel 23 auf die fünf parallel geschalteten Sehmelzdrähte 19, 19a, um dann durch den Metallting 20, das Gewinderohr 9 und den Gewindering 7 zur ändern Klemme 3 zu fliessen. Bei der normalen Betriebsstromstärke von 12 Amp. sowie bei den beim Einschalten von Motoren mit hohen Anfahrtsstromstössen, z. B.
Drehstrom-Kurzschlussankermotoren, und von Drehstrom-Bremsmagneten u. dgl. auftretenden kurzzeitigen Überlastungen bleibt die Schutzvorrichtung
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so schmilzt die Sicherung 6 durch und schaltet so den gefährdeten Stromkreis ab, ohne dass die aus den Schmelzdrähten 19, 19a und der-Heizspule 16 bestehende Wärmeschutzvorrichtung zum Ansprechen
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gelangt. Diese Vorrichtung tritt vielmehr dann in Tätigkeit, wenn infolge von länger andauernden, verhältnismässig geringen Überlastungen oder infolge von hohen kurzzeitigen Überlastungen bei betriebswarmem Stromvprbraucher, welche Überlastungen auf die Schmelzsicherung 6 keinen Einfluss haben, eine unzulässige Erwärmung des zu schutzenden Verbrauchers eintritt.
Dann findet nämlich gleichzeitig auch eine Erwärmung der Heizspule 16 über die für den Stromkreis zulässige Höchsttemperatur statt, was das Auflöten der Lötstellen der Schalter 2 : J und damit das Öffnen dieser Schalter zur Folge hat.
Da infolge der unvermeidlichen kleinen Verschiedenheiten in der Menge des an jeder Stelle vorhandenen Lötmetalls und der Kraft der einzelnen Öffnungsfedern 5 niemals sämtliche Schalter gleichzeitig freigegeben werden, so werden die Schmelzsicherungen 19a einzeln nacheinander ausgeschaltet, wobei der zeitliche Abstand der Schaltbewegung je nach der Höhe der Überlastung grösser oder kleiner ist. Es bleibt
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dem Einfluss der seine Leitfähigkeit übersteigenden Stromstärke den gefährdeten Stromverbraucher abschaltet. Natürlich kann bei stärkeren Überlastungen die Abschaltung auch schon erfolgen, wenn der letzte der Schmelzdrähte 19 a noch eingeschaltet ist ; dann schmelzen beide durch. Unter Umständen schmilzt die Sicherung 19 auch gerade in dem Augenblick, wo der Schalter der letzten Sicherung 19a geöffnet wird.
Trotzdem dann über diesen im Ausschaltvorgang stehenden Schalter der gesamte Betriebsstrom geht. ist das Auftreten eines Lichtbogens oder von Funkenerseheinungen an diesem Schalter nicht zu befürchten, da der zugehörige Schmelzdraht 19a, welcher die gleiche Stärke wie der Schmelzdraht 19 besitzt, ebenfalls sofort durchschmilzt und dadurch den Stromkreis unterbricht.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und 5 unterscheidet sich vom demjenigen nach Fig. 1-3 im wesentlichen nur dadurch, dass die Heizspule 16 und die parallel geschalteten, zum Teil mit Temperaturschaltern 23 ausgestatteten Schmelzsicherungen 19, ? 9a statt im Kopf des Sicherungselementes im festen Teil des letzteren, d. h. im Sockel angeordnet sind. Dabei ist der Sockel des Elementes unterteilt, und zw. besteht er aus einer die Anschlussklemmen 2, 8 tragenden Fussplatte la und einem darauf befestigten Zwischenstück. 1 b, das an seiner Unterseite eine mittlere Aussparung für die Aufnahme der Heizspule 16 und fünf rings um diese Aussparung angeordnete Längskanäle 18 für die Sehmelzdrähte 19, 19a enthält.
Die Temperatursehalter 23 befinden sich dabei ebenfalls an der Unterseite des Zwischenstücks lb.
Das Zwischenstück 1 b enthält oben den Fusskontakt 5 a mit Passring 4 für eine Diazedpatrone 6 und den Gewindering'1 zum Aufschrauben des Elementenkopfes 8 a, der hier in der bekannten und gebräuchlichen Weise gestaltet ist. Die den Fuss kontakt 5a tragende Schraube 26 stellt ähnlich wie die Schraube 11 im Beispiel nach Fig. 1-3 leitende Verbindung zwischen der Schmelzsicherung 6 und der Spule 16 her, und sie dient ferner gleichzeitig zur Befestigung des Zwischenstückes lb am Fuss la. Ihre abschraubbare Mutter 27 befindet sich dabei an der Unterseite der Fussplatte la, so dass das Zwischenstück 1 b nur dann gelöst werden kann, wenn das ganze Element von der Sehalttafel abgenommen wird.
Diese Einrichtung empfiehlt sich dann, wenn nicht nur die Schmelzsicherung 6, sondern auch die aus der Heizspule 16 und den parallel geschalteten Schmelzdrähten 19, 19a bestehende Schutzvorrichtung unverwechselbar ausgebildet werden soll. Die Wirkungsweise ist die gleiche wie bei der Ausführung nach Fig. 1-3.
Bei beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen können die Schmelzdrähte 19, 19a und die Patrone 6 mit den bekannten Kennplättchen versehen sein, welche anzeigen, ob die Sicherungen angesprochen haben und ausgewechselt werden müssen. Von diesen KeunplÅattchen ist aber nur dasjenige der Schmelzsicherung 6 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und 5 von aussen sichtbar, während zur Sichtbarmachung der andern Plättchen das Element geöffnet werden muss. Um diesen Mangel zu be-
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Kennvorrichtung zur Anwendung, die räumlich getrennt von den Schmelzsicherungen und-drähten in einem seitlichen Kanal 28 des Sieherungselementes angeordnet werden kann, der eine freiliegende Schauöffnung besitzt. (Vgl.
Fig. 5 links unten und Fig. 6. ) Die Kennvorrichtung besteht im Beispiel aus einem im wesentlichen keilförmigen Körper 29 aus nur wenig leitendem Stoff (einem sogenannten Halbleiter), z. B. Schiefer und einem biegsamen Körper 30 aus gut leitendem Stoff. z. B. einem Metallstreifen. Diese beiden Körper sind nebeneinander in dem Kanal 28 des Sieherungselements derart angeordnet. dass der Metallstreifen 30 auf einem Teil seiner Länge an der vorteilhaft gewölbten Keilfläehe des Halbleiters 29 anliegt, der sich mit seinem RÜcken gegen ein Metallstück 31 stützt.
Der Metallstreifen 30 und das Metallstück 3j ! sind durch die beiden Leiter 32, 33 so mit dem die Schutzvorrichtung enthaltenden Leiter des zu schützenden Stromkreises verbunden, dass der Halbleiter und der Metallstreifen im Nebenschluss zu derjenigen Schmelzsicherung, z. B. den Schmelzdrähten 19. 19a, liegen. deren Zustand kenntlich gemacht werden soll. Sind diese Sicherungen infolge Überlastung des Stromkreises durchgesehmolzen, so fliesst ein schwacher Strom durch den Nebenschlusskreis. Der Stromüber- gang an den Berührungsflächen des Metallstreifen 30 und des Halbleiters 29 hat zur Folge, dass die beiden Flächen sich gegenseitig anziehen.
Der Metallstreifens 30 biegt sich infolgedessen gegen den Halbleiter 29. wobei sein oberes, umgebogenes Ende 30a, das zuvor an der Schauöffnung 34 des Kanals 28 nicht sichtbar war. in dieser Schauöffnung erscheint. Werden die verbrauchten Sicherungen 19. 19a durch neue ersetzt,
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durch den Nebenschluss gehende Strom nur sehr schwach ist, so ist das Arbeiten an der Anlage trotz des hindurchfliessenden Stromes vollständig ungefährlich. Soll die Kennvorrichtung gleichzeitig auch den
Zustand der Schmelzsicherung 6 anzeigen, so wird der eine Leiter 32 des Nebensehlusskreises, wie in
Fig. 6 strichliert angedeutet, hinter der Schmelzsicherung 6 angeschlossen.
Ein besonderer Vorteil der neuen Kennvorrichtung besteht darin, dass die die Schmelzdrähte enthaltenden Patronen od. dgl. allseitig geschlossen und vollkommen druckfest ausgeführt werden können.
Natürlich sind mancherlei Abänderungen der gezeichneten Beispiele sowie auch andere Aus- führungen des Erfindungsgegenstandes möglich. Z. B. könnten die parallel geRehaltetell Schmelzdrähte 19,
19a auch so bemessen sein, dass jeder derselben nur einen Tell des dauernd zulässigen Betriebsstromes zu führen vermag. Die Zahl der parallel geschalteten Schmelzdrähte 19, 19a kann vom gezeichneten
Beispiel abweichen, und die unmittelbar in den Längskanälen 18 des Elementenkopfes S oder des Zwischen- stückes 1b angeordneten Schmelzdrähte könnten auch durch kleine röhrenförmige Schmelzsicherungen, die ein leichtes Auswechseln gestatten, ersetzt werden.
Die Kennvorrichtung kann statt aus einem Halb- leiter und einem Volleiter auch aus zwei Halbleitern bestehen, von denen der eine biegsam ist. Als
Halbleiter kommen hauptsächlich elektrolytisch leitende feste Körper, wie Gelatine, Haut, gewisse
Papiersorten, Salze und Mineralien, besonders Schiefer, lithographischer Stein, Achat u. dgl. in Betracht.
Statt unmittelbar im zu schützenden Stromkreis, wie bei den Ausführungsformen nach Fig. 1-5, können die parallel geschalteten Schmelzsieherungen 19, 19a mit ihren Temperaturschaltern 28 und der
Heizspule 16 auch in einem Nebenschluss zu diesem Stromkreis liegen. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 7
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hauptsächlich durch den Temperaturrehalter 40, 41 und die Heizspule 44, während der Nebenschluss, welcher die Schmelzsichernngen 19, 19a und die Heizspule 16 enthält, nur einen geringen Bruchteil des
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Bezug auf das Beispiel nach Fig. 1-3 oben ausführlich beschrieben ist.
Während die Heizspule 44 so bemessen sein muss, dass sie sich in Übereinstimmung mit dem zu schützenden Stromkreis oder Verbraucher erwärmt, ist dies bei der Spule 16 nicht erforderlich. Diese kann vielmehr im vorliegenden Falle so eingerichtet sein, dass sie sich schon beim Durchgang des normalen Betriebsstromes oder gar bei einer geringeren Stromstärke so erwärmt, dass die Temperatursphalter 2. 3 ansprechen.
Der Wärmeschutzvorrichtung kann wieder wie in den vorher beschriebenen Beispielen eine normale Schmelz- oder Kurzschlusssicherung 6 vorgeschaltet sein, die bei plötzlichen starken Überlastungen das Abschalten bewirkt, ohne dass die Wärmeschutzvorriehtung in Tätigkeit tritt. Die parallel geschalteten Schmelzsicherungen 19, 19 a, die Heizspule 16 und der Schalter 40, 41 können auf der Vorderseite der Schalttafel 45 in einem Sicherungselement untergebracht sein, während die zweite Heizspule 44 sich auf der Rückseite der Schalttafel in einem besonderen Gehäuse befindet. Das die Lötstelle enthaltende
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unmittelbar vom Verbraucher beeinflusst, indem das Rohr 43 in eine Wicklung des Stromverbrauehers hineinragt.
Die Spule 44 der Fig. 7 ist dann also durch eine Wicklung des Motors od. dgl. ersetzt.
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