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Zeitelement für thermische Überstromzeitschalter.
Vorliegende Erfindung betrifft ein Zeitelement für Überstromzeitschalter mit durch den elektrischen Strom beheizten Röhren, in denen eine Flüssigkeit enthalten ist. Die bisher bekannten, auf dem Prinzip der Wärmewirkung des elektrischen Stromes beruhenden Zeitschalters besassen, abgesehen von erheblichen Schwierigkeiten, der praktischen Ausführung, den Nachteil eines verhältnismässig hohen Energieverbrauches. Durch die vorliegende Erfindung wird die Möglichkeit gegeben, sie mit geringem Energieverbrauch betreiben zu können und es ist durch die Erfindung gelungen, derartige Einrichtungen für die Praxis geeignet zu machen, insbesondere auch für grössere Stromstärken über 200 Amp.
Der geringe Energieverbrauch bei einer derartigen Einrichtung wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass die Form und die Abmessungen der Heizröhre so gewählt sind, dass die zur Volumenvergrösserung der Flüssigkeit notwendige Wärme zum grössten Teil in der Rohrwandung selbst erzeugt wird und der Flüssigkeit fast unverminder zugeführt wird, indem alle Verluste infolge Wärmestrahlung der erwärmten Teile z. B. durch Isolieiung der Heizöhre tunlichst herabgemindert werden. Auch die Verluste infolge Wärmeableitung durch die Stromzuleltungsquellen können dabei durch die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes auf das kleinstmöglichste Mass beschränkt werden.
In Fig. i sind die Stromzuleitungsklemmen 4 durch die verhältnismässig dünnwandigen Heizrohre 21 und 22 aus Eisen, Messing oder Metallegierung und durch die in ihnen enthaltene leitende Flüssigkeit 5, vorzugsweise Quecksilber, miteinander verbunden. Zwischen den Rohren 21 und 22 befindet sich eine flüssigkeitsdichte, isolierende Einlage 6. Das untere Rohr- 21 ist nicht vollständig ausgebohrt, das obere Rohr 22 wird durch eine Schraube 7
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infolge Stromdurchgangs, verdampft bei einem bestimmten Grenzstrom die in den Röhren enthaltene Flüssigkeit 5. Die leitende Verbindung zwischen den Rohren 21 und 22 wird schliesslich, wenn genügend Flüssigkeit verdampft ist, unterbrochen.
Die leitende Verbindung wird aber wieder hergestellt, wenn nach Abkühlung der Heizvorrichtung die verdampfte Flüssigkeit sich wieder kondensiert hat.
Eine Schaltung für ein Zeitelement der beschriebenen Ausführung ist in Fig. 2 gezeichnet. Darin ist 1 das eben beschriebene Zeitelement. Parallel zu ihm liegt unter Vorschaltung eines Widerstandes 3 die Auslösespule des Maximalmagneten. Der Widerstand 3 dient dazu, die Stromverteilung im Element 1 und im Magneten 2 richtig einzustellen.
Wird in der vorher beschriebenen Weise die Verbindung zwischen den Klemmen 4 des Zeitelements unterbrochen, so kommt der Maximalmagnet des Schalters sofort zur Wirkung.
Die im Zeitelement zu unterbrechende Leistung ist sehr gering, da die Spannung durch die parallel geschaltete Auslösespule 2 auf einem ganz geringen Wert gehalten wird. Die Unter- brechernüssigkeit wird also nicht durch starke Lichtbogenbildung verschmutzt. Um auch schädliche Einflüsse von aussen her zu vermeiden, wird die Patione, wie in der Zeichnung dargestellt ist, zweckmässig geschlossen ausgeführt.
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Dort ist nur ein einziges Heizrohr 20 verwendet. Dieses ist unten durch eine Schraube 19 verschlossen. Im Heizrohr befindet sich die zu verdampfende Flüssigkeit 18. Da diese keine stromleitende Verbindung herzustellen hat, kann in diesem Falle auch an Stelle von Quecksilber irgendeine andere, weniger gut leitende Flüssigkeit verwendet werden.
Am obern Ende des Rohres ist isoliert mittels einer Klemmvorrichtung 17 ein Kontakt 23 angebracht, der normaler Weise nicht in die Flüssigkeit eintaucht. Wird das Element durch Stromdurchgang von den Klemmen 4 aus geheizt, so wird die Flüssigkeit, wie bei dem ersten
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hebt die darüberstehende, noch kalte Flüssigkeit hoch, bis sie zur Berührung mit dem Kontakt 23 kommt. Dadurch kann man einen Stromkreis schliessen, 'der den Auslöse- magneten, 25 zur Wirkung bringt. Die notwendige Wärmeisolierung des Heizrohres in radialer Richtung ist in Fig. 3 nicht besonders gezeichnet, ihre Anbringung kann ebenso wie in Fig. i erfolgen.
Eine weitere Ausbildung dieser Ausführungsform, die in Fig. 4 daigestellt ist, eignet sich besonders für hohe Stromstärken. Das Heizrohr 16 ist-hier wellenförmig gebogen und die Klemmen 24 sind derart angebracht, dass der Strom in. drei parallel geschalteten Röhren die Vorrichtung durchfliesst. Da nun eine einzige Rohrseele von mehr als der dreifachen Länge der einzelncn Heizrohrstücke vorhanden ist, ist die Bewegung des Flüssigkeitsspiegels bei'Verdampfung der Flüssigkeit verhältnismässig gross, so dass der Grenzstrom bei dieser Anordnung besonders genau eingestellt werden kann. Die Anordnung des Kontaktes 23 und des Auslösemagneten 25 ist die gleiche wie bei Fig. 3.
Bei den Anordnungen nach Fig. I, 3 und 4 können erfindungsgemäss eine oder auch beide Anschlussklemmen verstellbar angeordnet sein, zum Zwecke, die wirksame Rohrlänge und damit den Grenzstrom zu verändern. Die beschriebenen Anordnungen lassen sich ohne besondere Schwierigkeit bis ungefähr IOOO Amp. verwenden, ohne dass die Verluste über ein gewisses Mass hinaus steigen. Um aber die neue Einrichtung auch für beliebig grosse Stromstärken benutzen zu können, ist es erforderlich, die Verluste noch weiter herabzusetzen. Während bei noch nicht allzuhoher Stromstärke die Wärmeableitung durch die Stromzuleitungsquellen keine besonders hohen Verluste verursacht, machen diese Verluste bei Stromstärken von 1000 Amp. an bereits einen grossen Teil der Gesamtverluste aus.
Erfindungsgemäss wird dann die Wärmeableitung nach den Klemmen dadurch überhaupt vollständig vermieden, dass der Heizstrom durch Induktion mittels eines elektromagnetischen Feldes in die Heizröhren übertragen wird. Das Heizrohr ist in diesem Fall selbst als Sekundärwicklung eines vom Hauptstrom durchflossenen Stromtransformators ausgebildet ist. In Fig. 5 ist ein solches Ausführungsbeispiel gezeichnet. Um einen von der Primärstromleitung 30 erregten Magnetkern 29 herum ist das Heizrohr 27 gelegt. Das
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leitend verbunden, so dass eine einzige Kurzschlusswindung vorhanden ist. Das von keinem Heizstrom durchflossene, freie Ende 15 trägt oben in ähnlicher Weise wie das Heizrohr in Fig. 3 und 4 einen Kontakt 23.
Bei Verdampfung der Flüssigkeit wird durch den entstehenden Gasdruck der flüssigbleibende Teil an diesen Kontakt herangebracht und dadurch der Hilfsstromkreis für den Auslösemagneten geschlossen. Die als Heizvorrichtung dienende Sekundärwicklung wird auch hier durch eine wärmeisolierende Hülle 26, beispielsweise ein Vakuum, eingeschlossen, so dass Wärmeverluste durch Strahlung vermieden werden.
Diese Anordnung gewährt noch den praktischen Vorteil, dass eine einzige Type des Heizelements für jede beliebige Stromstärke verwendet werden kann ; es ist nur nötig, die Anordnung der primären Windungen jedem einzelnen Fall anzupassen, Der Transformatorkern 29 kann gleichzeitig als Maximalmagnet ausgebildet werden, so dass bei besonders heftigen Kurzschlüssen, bei denen eine unverzögerte Abschaltung oft erwünscht ist, vermittelst des Kontaktes 33 der Auslösestromkreis ohne jede Verzögerung betätigt wird.
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