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Selbstschalter, insbesondere für Hausinstallationen, haben gegenüber Schmelzsicherungen den Vorteil, dass sie immer wieder verwendbar sind und auch vom Laien eingeschaltet werden können.
Von einem guten Selbstschalter werden folgende Eigenschaften verlangt : Sofortige Abschaltung bei Kurzschluss, Abschaltung nach einer gewissen Zeit bei Überstrom, gute Funkenlöschung, Freiauslösung und schliesslich Fremdauslösung.
Während nun die Forderungen 1, 3 und 4 zum Teil gut und einfach gelöst sind, gilt dies für 2 nur schlecht und für 5 gar nicht.
Die Überstromauslösung wurde thermisch entweder durch Bimetall oder durch einen sich ausdehnenden Stab gelöst. In beiden Fällen wurde mechanisch eine Klinke ausgelöst, welche den Schalter öffnete, und gerade darin besteht ein grosser Nachteil.
Die Kräfte, welche zur mechanischen Auslösung der Klinke notwendig sind, sind verhältnismässig gross, so dass der schwache Bimetallstreifen bald deformiert und seine Schaltleistung beeinträchtigt wird.
Noch schlechter ist die Wirkungsweise mit dem sich wärmeausdehnenden Stab. Zur Erzielung des grossen Schaltweges an der Klinke muss sich der Stab sehr stark ausdehnen, und dies ist zufolge der kleinen Ausdehnungskoeffizienten nur durch hohe Temperaturen möglich. Bei diesen wird der Stab jedoch so weich, dass er keine genügenden Kräfte übertragen kann und sich ebenfalls bald deformiert oder gar abschmilzt.
Das Neue der Erfindung besteht nun zunächst darin, dass die Überstromauslösung ebenfalls auf elektromagnetischem Wege erfolgt, u. zw. derart, dass die Amperewindungszahl des Auslösemagneten selbsttätig verändert wird.
In Fig. 1 kommt der Strom von der Netzklemme 1 über einen Stab 2 mit grossem Ausdehnungkoeffizienten über die Kurzschlussspule 3 zum Anker 4, welcher die Auslöseklinke betätigt, und über eine eventuelle Schmelzsicherung S zur Verbraucherldemme 6. Die Kurzschlussspule 3 ist mit wenigen Windungen so dimensioniert, dass die Amperewindungszahl bei normalem Strom nicht genügt, um den Anker anzuziehen, wogegen sie bei Kurzschluss den Anker anzieht und damit eine Sperrklinke zur Betätigung der eigentlichen Schaltkontakte auslöst.
Bei Überstrom wird sich der Stab 2, welcher wärmeisoliert sein kann, ausdehnen und bei 7 einen Kontakt geben, so dass der Strom nun zum Teil durch die Überstromspule 8 gehen kann, welche zufolge ihrer grossen Windungszahl genügend Amperewindungen hat, um den Anker anzuziehen und damit eine Klinke auszulösen.
Das Neue in Fig. 1 besteht also darin, dass der Stab 2 durch seine Wärmeausdehnung nicht mehr eine Klinke mechanisch auslöst, sondern nur einen elektrischen Kontakt gibt. Dazu sind kleine Kräfte und kleine Wege erforderlich, und es genügt hiezu schon eine Stabtemperatur von zirka 200 (wogegen bei bekannten Erfindungen, zur mechanischen Auslösung, 13000 benötigt wurden).
Statt des Stabes 2 in Fig. 1 kann auch eine Anordnung nach Fig. 2 getroffen werden. Der Strom kommt wieder von der Netzklemme 1 und führt über einen Ausdehnungsdraht 2 wieder zur Kurzschluss- spule. Das Neue in Fig. 2 besteht nun darin, dass der Draht 2 mit einigen Windungen um eine flache drehbar gelagerte Spule 9 gewickelt ist und durch einen Hebel 10 mit Übersetzung von einer Feder 11 gespannt wird. Bei Überstrom dehnt sich der Draht durch die Stromwärme aus, und die Feder 11 schliesst die Kontakte 7, welche zur Überstromspule wie in Fig. 1 führen. Bei dieser Anordnung genügen schon Temperaturen von zirka 500 und weniger.
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Eine zweite Schaltart gibt Fig. 3 an. Der Strom kommt wieder von der Netzldemme 1 und fliesst zum Teil durch die Spule 12, zum Teil durch die Spule 13 wieder über den Anker 4 und eine eventuelle
Schmelzsicherung 5 zur Verbraucherklemme 6. Das Neue in Fig. 3 besteht nun darin, dass die Spule 12 aus einem Material mit negativem Temperaturkoeffizienten (z. B. Rteotan CI. = -0. 00003), lingegen die Spule 13 aus einem Material mit möglichst hohem Temperaturkoeffizienten (z. B. Bellohm CI. = 0. 009) besteht. Bei normalem Strom genügt nun die Amperewindungszahl der Spule 12 nicht, um den Anker anzuziehen, weil ja nur ein Teil des Stromes durch die Spule fliesst (z. B. J/J. Bei Kurzschluss hingegen wird der Anker zufolge des hohen Stromes ohne weiteres angezogen.
Bei Überstrom werden die beiden
Spulen erwärmt, so dass der Widerstand der Spule 12 etwas absinkt, hingegen der Widerstand der Spule 13 stark ansteigt. Die Folge davon ist, dass nun der Strom zum Grossteil durch die Spule 12 fliesst und dort einen genügenden Kraftfluss erzeugt, um den Anker anzuziehen.
Die dritte Schaltungsart gibt Fig. 4 an. Der Strom fliesst wieder von der Netzklemme 1 über die Kurzschlussspule 3 und durch die Widerstände 15 und 14 bzw. 14'und 15'zum Anker 4 und über eine eventuelle Schmelzsicherung 5 zur Verbraucherklemme 6. Zwischen die Widerstände 15 und 14 bzw.
14'und 15'ist nun die Überstromspule 8 in Brückenschaltung angeschlossen. Das Neue in Fig. 4 besteht nun darin, dass die Widerstände 15 und 15'aus einem Material mit negativem Temperaturkoeffizienten, hingegen die Widerstände 14 und 14'aus einem Material mit möglichst hohem positivem Temperaturkoeffizienten bestehen, jedoch bei normaler Betriebstemperatur an sich alle vier von gleich grossem Widerstande sind. Dadurch ist die Überstromspule 8 bei normalem Strom stromlos.
Die wenigen Windungen der Kurzschlussspule 3 genügen. bei normalem Strome nicht, um den Anker anzuziehen, dagegen genügt hiezu ein hoher Kurzschlussstrom. Bei Überstrom werden sich die Widerstände 15, 14, 15'und 14'derart erwärmen, dass zufolge der verschiedenen Temperaturkoeffizienten die Widerstände 15 und 15'etwas kleiner werden, dagegen die Widerstände 14 und M' stark ansteigen, wodurch das Gleichgewicht der Brücke gestört wird, so dass durch die Überstromspule 8 ein Strom fliessen muss, welcher bei den vielen Windungen einen genügenden Kraftfluss erzeugt, um den Anker anzuziehen.
Es sei betont, dass die Fig. 1, 3 und 4 nur schematische Darstellungen sind und die Stromunterbrechung in Wirklichkeit nicht durch den Anker erfolgt, sondern dass dieser nur eine Klinke auslöst, welche dann erst die Schaltkontakte zur Stromabschaltungfreigibt, so dass also der elektrische und der mechanische Teil vollkommen getrennt sind, wie an Hand der Fig. 5 näher bschrieben wird.
Desgleichen sei erwähnt, dass die angeführte Schmelzsicherung so hoch dimensioniert ist, dass sie nur dann durchschmilzt, wenn der Selbstschalter aus irgendeinem Grunde ausnahmsweise nicht abschaltet.
Eine beispielsweise Ausführung des Selbstschalter nach Fig. 1 zeigt die Fig. 5. Die Strom- führungen sind durch strichlierte Linien angedeutet. Der Strom kommt von der Netzklemme 1 zur Schmelzsicherung 5, welche auf einer Brücke 16 aus Isolierstoff (Bakelit, Pertinax, Pressspan od. dgl.) gelagert ist. Von der Schmelzsicherung führt der Strom über eine Öse 17 zum Ausdehnungsstab 2, welcher im Grundkörper 31, welcher ebenfalls aus Isolierstoff (Porzellan, Bakelit od. dgl. ) besteht, fest verankert ist, jedoch in der Öse 17 gleiten kann.
Vom Stab 2 führt der Strom entweder über die Kurzschlussspule 3 oder bei Wärmeausdehnung durch Überstrom über den Kontakt 7 und die Überstromspule 8, zum Schaltkontakt 19 und von diesem über den Gegenkontakt 20 zur Verbraucherklemme 6. Bei Kurzschluss oder Überstrom wird der Anker 22 angezogen und gibt die Klinke am Schaltkontakt 19 frei, wodurch dieser durch eine Feder (es kann dies beispielsweise auch eine Schenkelfeder sein) vom Gegenkontakt 20 abgezogen wird. Der Magnetträger 23 und ein am andern Ende des Magneten befestigter Blechstreifen 24 sind aus Eisen und so geformt, dass sie zwischen den Schaltkontakten 19 und 20 ein Kraftfeld bilden, welches zur Funkenlöschung dient.
Ausserdem ragt in die Funkenbahn eine Platte 25, welche den Zweck hat, den Funken sicher zu zerschneiden. Beim Öffnen drückt der Schaltkontakt 19 gegen den Stift 26 und schiebt den Taster 27 nach aussen. Beim Wiedereinschalten durch Drücken auf den Taster 27 wird zunächst der auf einer isolierten Rast 29 aufruhende und federgespannte Gegenkontakt 20 durch den Stift 18 abgehoben, dann erst schnappt der Schaltkontakt 19 in die am Anker 22 befindliche Klinke, und erst beim Loslassen des Tasters 27 wird der Stromkreis durch den nachgehenden Gegenkontakt 20 geschlossen. Besteht nun noch ein Kurzschluss, so wird der Anker 22 sofort wieder angezogen und dadurch neuerlich abgeschaltet (Freiauslösung). Neu in Fig. 5 ist die hörnerförmige Ausbildung der Schaltkontakte 19 und 20.
Desgleichen die Feder 30, welche den Anker 22 spannt und durch eine Stellschraube 21 eine Eichung des Selbstschalter gestattet. Neu ist auch der Taster 28, welcher durch Drücken den Anker 22 anhebt und so die Abschaltung auslöst. Diese eingangs unter Punkt 5 gestellte Forderung der Fremdauslösung hat den Vorteil, dass die Leitung bei notwendigen Arbeiten leicht abgeschaltet werden kann, was bisher nur durch umständliches Herausschrauben der Sicherungen erfolgen konnte.
Der in Fig. 5 beispielsweise dargestellte Selbstschalter ist so schmal, dass zwei solcher Schalter unter einer gemeinsamen Kappe 32 leicht zu einem Aggregat verbunden werden können, so dass beide Leiter einer Leitung wohl an sich getrennt, jedoch unter einem gemeinsamen Apparat gesichert werden können. Der Vorteil liegt darin, dass die Sicherung der ganzen Leitung durch einen verhältnismässig kleinen Apparat erfolgen kann.
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tasters die Kontakte abheben und so zur Funkenbildung Anlass geben. Eine neue Freiauslösung, welche diesen Nachteil behebt, zeigt Fig. 6. Eine Zange 33 wird von einem gabelförmigen Stift 34 gehalten und durch eine Feder 35 in die Schlussstellung gespannt. Der Stift 34 ist im Taster 37 fest gelagert und wird durch eine Feder 36 nach aussen gedrückt. Hiebei wird die Zange durch den Konus 38 geöffnet.
Beim Einschalten wird nun der Taster 37 gedrückt und die Zange von dem Konus 38 abgeschoben, wodurch sie sieh schliesst. Beim weiteren Vorschieben der Zange greift diese über das Hebelende des geöffneten Schaltkontaktes 19 und klinkt diesen beim Zurückgehen wieder in die Einschaltstellung. (Hiebei ist natürlich Voraussetzung, dass die Feder 36 wesentlich stärker ist als jene Federn, welche die Schalt- kontakte betätigen. ) In der Endlage läuft die Zange auf den Konus 38 auf, wird dadurch geöffnet und gibt so den Schaltkontakt wieder frei, welcher bei eventuell bestehendem Überstrom sofort wieder abschalten kann. Bei normalem Strom hingegen werden die Schaltkontakte auch bei wiederholten Drücken des Tasters nicht getrennt.
Eine ähnliche Anordnung zeigt Fig. 7. Hier ist statt der Zange ein Hebel 39 vorgesehen, welcher den Schaltkontakt 19 mittels einer Klinke erfasst und zurückzieht. In der Endlage läuft der Hebel 39, welcher durch eine Feder 35 gespannt ist, auf eine schiefe Ebene 40 auf und klinkt aus, wodurch der Schaltkontakt freigegeben wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektromagnetischer Selbstschalter mit sofortiger Kurzschluss-und verzögerter Überstrom- auslösung, dadurch gekennzeichnet, dass bei Uberstrom die Amperewindungszahl des Auslösemagneten selbsttätig vergrössert wird.