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ElektrischeQuecksilbersicherung.
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solcher Art, bei denen der Strom durch eine Quecksilbersäule geleitet wird. von der ein Teil bei Über- schreiten der vorher festgelegten Stromstärke infolge der durch den elektrischen Widerstand hervorgerufenen Erwärmung verdampft, wobei das Quecksilber aus der Säule geschleudert wird und dadurch der Stromkreis unterbrochen ist.
Bei den bisher vorgeschlagenen Sicherungen war es nach der durch einen Stromstoss hervorgerufenen Unterbrechung des Stromkreises notwendig, die unterbrochene Säule wieder zu vervollständigen, um den gleichen Stromkreis wieder zu schliessen. Eine ganze Anzall 1 von Anordnungen wurde zu diesem Zwecke vorgeschlagen. Alle erforderten jedoch die Betätigung irgendeines äusseren Teiles. der zu dem
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übertragen. Der Gebrauch von Gummi hat jedoch gewisse Nachteile, insbesondere einen raschen Ver- schleiss und es konnten derartige Vorschläge den Eingang in die Praxis nicht finden. In allen andern Fällen war es notwendig, irgendeinen mit dem Inneren in Verbindung stehenden Teil von aussen zu bedienen.
Wie sorgfältig diese Einrichtung auch ausgebildet wurde, war es doch nicht möglich, einen dichten Abschluss des Gerätes zu erhalten.
Nach der Erfindung sind abwechselnd wirkende Stromwege durch das Gerät vorgesehen, welches so beschaffen ist, dass bei Unterbrechung eines Stromweges durch den infolge eines Stromstosses verdampften Quecksilberfaden sich selbsttätig ein anderer Weg durch das Innere des Gerätes schliesst. Dies kann unmittelbar durch das bei Unterbrechung des Fadens oder der Säule aufwärts geschleuderte Quecksilber selbst oder mittelbar durch Betätigung irgendeines Teiles erreicht werden. der diesen Vorgang vollendet.
Im folgenden sind einige beispielsweise Ausführungsformen verschiedener Art dargestellt, nach welchen der Stromsehluss wiederhergestellt werden kann.
Im allgemeinen haben diese verschiedenen Stromwege verschiedene äussere Anschlüsse, z. B. Elektroden, die an einen Umschalter angeschlossen sind. so dass der Stromkreis nicht wieder geschlossen wird, bevor nicht dieser Schalter od. dgl. betätigt wird. In gewissen Fällen kann es jedoch erwünscht sein, dass der Stromkreis nach der Unterbrechung nach einem minimalen Zeitraum, wie er etwa zum selbsttätigen
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Die Erfindung ermöglicht also, solche Quecksilbersicherungen herzustellen, bei denen das Quecksilber dicht gegen die Luft abgeschlossen werden kann. Dies ist von grosser Bedeutung, da sonst eine Oxydation und damit eine Änderung des elektrischen Widerstandes des Quecksilbers eintreten würde.
In der üblichen Ausbildungsform der Erfindung sind zwei Stromwege vorgesehen, wobei die Unter- breed eng des einen zum Schliessen des andern führt. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese Ausführungsform allein, vielmehr können auch drei oder mehr Stromwege angeordnet werden, welche der Reihe nach in den Stromkreis kommen.
Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind Mittel vorgesehen, um eine mehrfache Unterbrechung irgendeines dieser Wege zu sichern.
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Obwohl in den dargestellten Beispielen die Quecksilbersäule mit gleichem Querschnitt angeordnet ist, erstreckt sich vorliegende Erfindung auch auf solche Ausbildungsformen, bei denen der Querschnitt variiert, z. B. bei denen die Quecksilbersäule an dem Punkt verengt ausgebildet ist, an dem die Unterbrechung eintreten wird, wenn ein Stromstoss entsteht. Bei bestimmten Ausführungsformen wird die Säule unter Einwirkung der Schwerkraft wieder gebildet werden, die für diesen Zweck nicht ausreichen würde, wenn Kapillarrohre verwendet werden, ausser es wäre eine beträchtliche Quecksilbersäule über dem Kapillarrohr angeordnet. Wenn solche Kapillarrohre für die Apparatur Verwendung finden sollen, muss die Formgebung und Dimensionierung so gewählt werden, dass der notwendige Druck entsteht, um die Säule wiederherzustellen.
In der Zeichnung sind mehrere beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt, u. zw. zeigen die Fig. 1 und 2 einen Längsschnitt bzw. Vorderansicht einer Ausbildungsform der Quecksilbersicherung, Fig. 3 einen Längsschnitt einer abweichenden Bauart, die Fig. 4 und 5 einen Querschnitt bzw. eine Vorderansicht einer weiteren Ausbildungsart der Sicherung, Fig. ss einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 4, die Fig. 7,8 und 9 Längsschnitte, die Fig. 10 und 11 einen Längsschnitt bzw. einen Querschnitt anderer Ausführungsformen des Ausschalters.
Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform des Ausschalters ist ein Zylinder 1 aus stromführenden Material angeordnet, der einen Behälter bildet, dessen Achse im Wesen horizontal gelegen ist. Rohre 2 und 3 aus keramischem oder anderem nichtleitenden Material sind vornehmlich lotrecht angeordnet und durchdringen die Wand des Zylinders 1 annähernd an seinen äussersten Enden. Die Bohrung eines jeden Rohres steht mit einer kleinen Kammer 4 in einem Block 5 aus Isoliermaterial, der am Ende des Zylinders 1 angeordnet ist, in Verbindung. Diese Kammern 4 stellen bei einem Quecksilberspiegel, der sich etwas oberhalb der Mündungsstellen der Rhre 2 oder 3 in der Kammer 4 befindet, mit dem Zylinder 1 mittels der schräg abfallenden Durchlässe 6 in Verbindung.
Entweder die Kammer 4 (wie dargestellt) oder der Durchlass 6 sind mit stromführenden Material belegt, was dazu dient, um einen elektrischen Schluss zwischen diesem und dem Zylinder 1 oder dem darin befindlichen Quecksilber herzustellen, wenn die Quecksilbersäule vollständig ist, wie das Rohr 3 zeigt. Ein frei in dem Zylinder 1 beweg-
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die mit Stiften 9, Klemmen oder andern geeigneten Mitteln zum Anschlusse des äusseren Stromkreises versehen sind. Die Enden des Zylinders 1 sind mit Muttern 10 verschlossen, an deren einer ein Stift 11 od. dgl. angeschlossen ist, Das ganze Gerät hat ein Gehäuse 12 aus Bakelit od. dgl., aus dem die Klemmen od. dgl. herausragen.
Das untere Ende des Futters der Kammer 4 beginnt so weit über dem Boden des Blockes 5, dass bei Zustandekommen der Quecksilbersäule auf anderm Wege als durch die Unterbrechung der andern Säule der Quecksilberspiegel unterhalb des Futters zu liegen kommt und die Unterbrechung des Stromkreises aufrecht bleibt.
Um nun den abwechselnden Stromsehluss durch die Quecksilbersäulen zu erreichen, werden die Stifte oder Klemmen 9 zu einem Umschalter. M geführt, der schematisch angedeutet ist, wobei der Hauptstrom, wie gezeigt, zu der üblichen Klemme der Sicherung und zu der Klemme 11 geführt wird. Der Um- schalter kann irgendeine geeignete Ausbildung besitzen und entweder von der Sicherung getrennt ausgebildet oder auch von deren Bakelitgehäuse umschlossen sein.
Um anzuzeigen, welche der Quecksilbersäulen unterbrochen ist, wird an jede derselben eine Röhre 14 angeschlossen, die mit Neon oder einem andern geeigneten Gas gefüllt ist und zwischen dem Zylinder 1
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angeordnet, so dass, wenn eine Säule unterbrochen wird, dies durch das Aufglühen der entsprechenden Röhre aufgezeigt wird. Wie dargestellt, sind die Röhren 14 in eine Ausnehmung des Bakelitgehäuses eingelegt und können durch die Öffnungen 15 hindurch beobachtet werden.
Die verschiedenen Teile des Gerätes und die Quecksilbermenge sind so bemessen, dass nur eine Quecksilbersäule vollständig sein kann. Wenn die Sicherung in den Stromkreis gelegt werden soll, wird der Doppelschalter 13 in die Stellung gebracht, welche der vollständigen Quecksilbersäule entspricht, die dann die Stromleitung übernimmt. Bei Unterbrechung des Stromkreises an dieser Säule wird die andere Säule, wie oben beschrieben, vervollständigt. Der Stromkreis wird aber erst wiederhergestellt, wenn der Doppelschalter in die Stellung gebracht wird, in der die zweite Quecksilbersäule angeschlossen ist.
Wenn der übermässige Strom andauert, wird natürlich auch die Unterbrechung der zweiten Quecksilbersäule eintreten, deren Kraft in der oben beschriebenen Weise dazu verwendet wird, um die ersterwähnte Säule wiederherzustellen. So ist stets die eine oder andere der Quecksilbersäulen vollständig und für den Durchgang des Stromes bereit, wenn der Doppelschalter in die entsprechende Richtung umgelegt wird.
Die Quecksilbersäulen bzw. keramischen Rohre 2 und 3 können z. B. nach der in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsform mit der Achse des den Behälter bildenden Zylinders 1 zusammenfallen und sind an
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Material gebildet und der Durchlass 6 ist gegen das Innere des Zylinders 1 aufwärts geführt, so dass bei
Unterbrechung einer der Säulen eine geringe Menge von Quecksilber in den entsprechenden Durchlass eintreten wird. Dies dient dazu, um den Kontakt mit der in dem Zylinder 1 befindlichen Hauptmasse des Quecksilbers herzustellen, wenn bei Unterbrechung der einen Säule sich der Kolben 7 längs des
Zylinders zur gegenüberliegenden bewegt, wodurch der Queeksilberspiegel steigen und den geneigten
Durchlass und das keramische Rohr füllen wird.
Wie dargestellt, kann der Kolben 7 in Form einer Kugel ausgebildet werden, und die Stifte od. dgl. 9 und 11 können durch Federkontakt getragen werden, welche die Teile umfassen, mit denen sie Kontakt geben sollen.
Bei der in den Fig. 4,5 und 6 gezeigten Abänderung sind die keramischen Rohre 2 und : 3, die ihre horizontale Lage beibehalten, so angeordnet, dass ihre Achsen nicht mehr mit der Achse des Zylinders 1 zusammenfallen, sondern zu ihr parallel liegen, wobei die Verbindung mit dem Zylinder 1 mittels Durchlässen 6 hergestellt wird, welche die Zylinderwand durchsetzen. Die Gesamtlänge der Vorrichtung ist bei dieser Ausführung beträchtlich kleiner als in dem Fall der Fig. 3. Die Anordnung der Achsen der keramischen Rohre und des Zylinders in den Ecken eines Dreieckes (Fig. 4) ermöglicht eine ausserordentlich gedrängte Form des Ausschalter.
Bei Queeksilbersicherungen. insbesondere für Hoehspannungsströme, und besonders wenn die Quecksilbersäule lotrecht angeordnet ist, ist es möglich, dass nach Unterbrechung der Säule infolge der
Kondensation des verdampften Quecksilbers oder aus andern Gründen diese Säule wiederhergestellt wird, und deshalb erscheint es wünschenswert, ein oder mehrere zusätzliche Stromkreisunterbrechungspunkte mit jeder Quecksilbersäule in Serie zu legen. Die Bauarten der Fig. 7 und 8 haben dieses Ziel.
Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausbildung sind die beiden keramischen Rohre, in denen die Unterbrechung eintritt, zu einem einzigen Rohr 16 vereinigt, wobei die beiden Stromwege abwechselnd durch Abzweigrohre 17 und 18 geschlossen werden, die mit Futter aus leitendem Material versehen sind und mit dem Zylinder 1 in Verbindung stehen. Der in dem Zylinder 1 geleitete Kolben 7 ist aus leitendem Material gebildet und mit drei Köpfen versehen, die in solcl : en Abständen gehalten sind, dass eines der Abzweigrohre 17 oder 18 von dem Mittelkopf bedeckt ist, wenn sich der Kolben in irgendeiner seiner äussersten Stellungen befindet. Über die Länge des Zylinders 1 sind drei Muffen 19 aus leitendem Material verteilt, die durch Zwisehenhülsen 20 aus Isoliermaterial getrennt sind.
Die Länge der mittleren Muffe ist so gewählt, dass der mittlere Kopf des Kolbens 7 ständig mit dieser in Kontakt ist. Die Sicherung ist in Fig. 7 dargestellt und der Stromkreis durch die erste Klemme 9, die Muffe 19 am rechten Ende des Zylinders 1 und den Kolben 7 geschlossen. Bei Unterbrechung der Quecksilbersäule in dem keramischen Rohr 16 infolge eines Stromstosses wird das Quecksilber aus dem Abzweigrohr 17 herausgeschleudert und gegen den linken Kopf des Kolbens 7 gerichtet, wodurch der letztere eine Bewegung nach links erfährt und dadurch der Stromkreis zwischen dem rechten Kopf des Kolbens und der rechten Muffe 19 unterbrochen wird. Gleichzeitig wird der Kontakt zwischen dem linken Kopf des Kolbens und der linken Muffe 19 geschlossen.
In diesem Zeitpunkt ist das Abzweigrohr 18 unbedeckt und das Quecksilber wird durch die Bewegung des Kolbens in dasselbe eindringen, wodurch die Quecksilbersäule in demselben geschlossen wird und in Bereitschaft für jenen Zeitpunkt gehalten wird, in dem der Umschalter 1 in die andere Stellung gelegt wird. Der Stromkreis ist dann durch den links angeordneten Stift 9, die linke Muffe 19 und den Kolben 7 geschlossen. Bei abermaliger Unterbrechung wird durch das Herausschleudern des Quecksilbers aus dem Abzweigrohr 18 der Kolben in die frühere Stellung zurückgeführt. Es ist möglich, dass durch besonders heftiges Herausschleudern des Quecksilbers der Kolben mit solcher Kraft gegen einen der Endkontakte geworfen wird, dass er zurückprallt und dadurch den Schluss des neuen Stromkreises verhindert.
Um diese Möglichkeit hintanzuhalten, kann der Zylinder und Kolben entsprechend gerieft sein, wodurch die Wirkung eines solchen Stosses herabgesetzt wird.
Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform der Sicherung wird an der getrennten Ausbildung der keramischen Rohre 2 und 3 festgehalten, die mit dem Zylinder 1 aus Isoliermaterial mittels leitende Blöcken 21, 22 verbunden sind, wobei letztere mit Isoliermuffen 2. 3,24 versehen sind, in welche die Kolben 25, 26 eingesetzt sind. Die Kolbenstangen sind mit einem doppelarmigen Hebel 27 mittels Drehzapfen und elektrisch mit der Klemme 11 verbunden.
Wenn das in Arbeitsstellung gezeichnete Rohr 2 den Kolben 25 mit dem Block 21 in Kontakt hält und der Kolben 25 infolge der Unterbrechung der Quecksilbersäule nach auswärts getrieben wird und somit bloss mit der Isoliermuffe 2. 3 in Brrührul1g steht, ergibt sich ein zusätzlicher Stromunterbrechungspunkt. Gleichzeitig wird durch den zweiarmigen Hebel 27 der Kolben 26 herabgedrückt, kommt mit dem leitenden Block 22 in Berührung und drückt das Quecksilber in das zweite Rohr : 3, so dessen Quecksilbersäule vervollständigend.
Die Anordnung eines Kolbens in dem Zylinder 1 oder die Verbindung mit den Quecksilbersäulen ist durchaus nicht wesentlich. In den Fig. 9,10 und 11 sind zwei Formen einer Sicherung dargestellt. bei welchen der Kolben weggelassen ist. Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausschalter ist der Zylinder 1, der in diesem Fall aus Isoliermaterial gebildet ist, mit einem Futter 28 aus leitendem Material versehen, dessen Boden mit einer Erhöhung 29 ausgestattet ist, die es ermöglicht, dass das Quecksilber entweder auf die eine oder auf die andere Seite fliesst.
Die Quecksilbersäule in dem keramischen Rohr 2, die voll-
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ständig dargestellt ist, wird bei ihrer Verdampfung das Quecksilber über die Erhöhung 29 zu der Öffnung oberhalb des Rohres. 3 führen, welches dadurch gefüllt wird und bereitgestellt ist, wenn der Schalter 13 auf den mit dieser in Verbindung stehenden Kontakt umgelegt wird. In gleicher Weise wird das Quecksilber bei Unterbrechung der Säule in dem Rohr 3 über die Erhöhung 29 zu der oberhalb des Rohres 2 befindlichen Öffnung zurückfliessen, wodurch die letztere gefüllt wird und dadurch bereit steht, wenn der Schalter 1, 3 wieder zurückgelegt wird.
Bei der in Fig. 10 und 11 dargestellten Sicherung stehen die keramischen Rohre 2 und. 3 mit Kammern. 30, 31 in Verbindung, die metallische Futter haben, welche mit der Klemme 11 durch eine Metallplatte. 32 in Verbindung stehen. Geneigte Durchlässe 33 und 34 und Quergänge. 35 und 36 verbinden die Kammern derart, dass das Quecksilber bei Herausschleudern aus einem der Rohre, z. B.. 3 (bei dem
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und es dadurch füllt. Es sei besonders hervorgehoben, dass ein Stromsehluss durch das Quecksilber, falls dieses in das Rohr zurückfliesst, nicht erfolgen kann, weil der Quecksilberspiegel zu niedrig ist, um das
Verbindungsniveau. 31 zu erreichen.
Es sei weiters bemerkt, dass die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele bloss schematisch gehalten sind und dass beim Bau des Gerätes nach der Erfindung solche Vorkehrungen getroffen werden müssen, dass bei Unterbrechung einer Säule genügend Quecksilber herausgeschleudert wird oder dem Kolben od. dgl. genügende Bewegung erteilt wird, um die Erreichung des zweiten Stromweges zu sichern. In manchen Fällen, z. B. in Fig. 9, können zusätzliche Mittel vorgesehen werden, um den Übertritt über die Trennungslinie durch das herausgeschleuderte Quecksilber zu sichern.
Die Tätigkeit des Gerätes wird erleichtert, wenn die die Quecksilbersäulen enthaltenden Rohre glatte Oberflächen haben, und es wurde gefunden, dass sich als besonders gutes Material für diesen Zweck der im Handel unter der Marke Pyrex käufliche Stoff eignet, wobei ein Rohr aus diesem Material mit 0-6 6 mm Durchmesser fÜr einen Strom von 5 Amp. dient. Obwohl die Erfindung keinesfalls von den erwähnten Baustoffen für die Herstellung der Geräte abhängt, wurde gefunden, dass Pyrex- oder gewöhnliche keramische oder Natronglasrohre sich für Niederspannungsstromkreise mit mässigen Stromstärken, wie sie in gewöhnlichen Haushalten vorkommen, und Kieselgur für Hochspannungsanlagen, wie für Kraftwerke u. dgl., besonders eignen.
Damit Schalter nach der Erfindung auf dem kurzzeitigen Anlaufstrom, z. B. eines Motors, nicht ansprechen, können zwei Ausschalter parallel gelegt werden, deren Säulen für verschiedene'Stromstärken bemessen sind, wobei geeignete Mittel vorgesehen werden, um die verschiedenen Quecksilbersäulen abwechselnd in den Stromkreis zu legen. Diese Verbindungsmittel legen selbsttätig die Sicherung für geringe Stromstärke, eine bestimmte Zeit nachdem die für grössere Stromstärke eingeschaltet wurde, in den Stromkreis. Die Stromstärke der zusätzlichen Sicherung kann gleich oder kleiner sein als die der Hauptsicherung, wobei beide zusammen für ein zeitliches Ansteigen der Stromstärke angeordnet sind.
Wo es notwendig ist, die Zeit der Unterbrechung des Stromkreises zu beschränken, kann dies durch Über- brüekung der Stifte, Klemmen oder Verbindungen, die normal mit dem Umschalter 13 in Verbindung stehen, erzielt werden.
Die keramischen Rohre können vorteilhaft mit einer Anzahl von äusserlichen ringförmigen Vertiefungen versehen werden, die unter anderm eine bessere Verbindung mit dem Gehäuse ermöglichen und überdies für die Wärmeableitung förderlich sind.
Der Ausschalter kann anfänglich durch irgendeine geeignete Methode gefüllt werden, z. B. durch Verbindung eines der Rohre, die die Quecksilbersäule aufnehmen, mit einer Vakuumpumpe, so dass das
Quecksilber unter Wirkung des atmosphärischen Druckes durch dieses Rohr in die luftleere Sicherung fliesst.
In der zweiten Säule kann eine Unterbrechung vorgesehen werden. Das Rohr zur Verbindung der Quecksilbersäule mit der Pumpe kann verschlossen werden, beispielsweise durch Zuschmelzen, um die Einrichtung abzuschliessen. Die in den Ausschalter eingeführte Menge des Quecksilbers ist derart gewählt, dass bei Unterbrechung des Stromkreises in einer Säule genügend viel Quecksilber zur Verfügung steht, um die Säule in dem andern Rohr wiederherzustellen. Die nicht vom Quecksilber erfüllen Teile können luftleer oder mit einem nicht oxydierend wirkenden Gas gefüllt sein.
Es sei besonders hervorgehoben, dass sich die Erfindung auf ein solches Gerät bezieht, bei dem gewöhnlich irgendein Stromkreis selbsttätig durch die Unterbrechung des bisherigen Stromkreises aufgestellt wird, wobei auch zusätzliche Mittel angeordnet werden können, um diese Wirkung zu sichern.
Bei dem in Fig. 7 beispielsweise dargestellten Gerät sind Einrichtungen vorgesehen, um, falls notwendig, dem Kolben 7 direkt eine Bewegung zu erteilen. Es wurde aber festgestellt, dass bei sorgfältig konstruierten Geräten solche Mittel überflüssig sind. Das Quecksilber kann auch durch irgendwelche andere Schaltflüssigkeiten, z. B. Quecksilberverbindungen, ersetzt werden.
In jeder der dargestellten Ausbildungsformen ist ein Raum zur Aufnahme des herausgeschleuderten Quecksilbers vorgesehen. Bei den drei ersten Ausführungsformen ist dieser Expansionsraum durch den Zylinder 1 und die mit diesem in Verbindung stehenden Kammern gebildet ; in Fig. 7 wird der Expansionsraum durch den Zylinder 1 gebildet. In Fig. 8 dient der Raum, der sich oberhalb des Kolbens befindet, in seiner gehobenen Stellung als Expansionsraum. In der Fig. 9 bilden der Zylinder 1 und in Fig. 10 und 11 die Kammern 31 und die Durchgänge 33,34, 35 und 36 den Expansionsraum.