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Selbsttätiger Höehststromsehalter.
Die vorliegende Erfindung strebt an, die bisher nur den Schmelzsicherungen eigene Unempfindlichkeit gegen momentane Stromstösse und die Empfindlichkeit für dauernde Überlastungen auf elektromagnetische Selbstschalter zu übertragen.
Ein wesentlicher Nachteil, der den Sicherungen eigen ist, einem jeden Selbstschalter aber, der alle Pole schaltet, fehlt, ist der Umstand, dass z. B. bei Kurzschluss die das Netz schützenden Sicherungen fast nie alle durchschmelzen werden, so dass die Anlage, obgleich die Stromverbraucher abgetrennt sind, unter Umständen immer noch unter Spannung stehen kann.
Gewöhnliche Selbstschalter haben überdies den Nachteil, dass sie zu empfindlich sind.
Sie werden daher, z. B. bei Motoranlagen, entweder durch häufiges Ansprechen zu Störungen Anlass geben oder aber so unempfindlich eingestellt sein, dass von einem wirksamen Schutze der Motoren keine Rede mehr ist.
Nun betrifft z. B. das britische Patent Nr. 10610/1905 auch einen Thermostaten, der in heissem Zustande Relaisstromkreise steuert und dadurch den Hauptstromkreis schliesst bzw. bei Überlastung wieder öffnet. Diese Bauart kann aber den Besonderheiten nicht entsprechen, wie sie z. B. gerade beim Betriebe von Kleinmotoren, die der Behandlung durch ungeschultes Personal ausgeliefert sind, entstehen.
Denn dieser Apparat verbrennt bei Kurzschluss, auch hat er, gar bei zwei-oder dreipoliger Bauart, viel zu viel Kontakte, um dauernd betriebssicher zu sein, ganz abgesehen davon, dass die im angeführten britischen Patente beschriebene Anordnung nichts anderes ist als ein Strombegrenzer mit sehr grossen Unterbrechungsintervallen, was doch bei einem Schutzschalter für Kleinmotoren o. dgl. sicher nicht als zweckmässig bezeichnet werden kann.
Der grundsätzliche Unterschied zwischen den bereits bekannten, ähnlichen Bauarten und der vorliegenden Erfindung ist der, dass die bisherigen Apparate die Schaltvorgänge mit Hilfe des Thermostaten eingeleitet. haben (elektrische Kontaktgebung) und diese dann mit Hilfe von Relais elektromagnetisch ausgeführt wurden, während der Erfindungsgegen- stand ganz unabhängig entweder thermisch oder elektromagnetisch die Schaltvorgänge beeinflusst, wobei noch der grosse Vorteil erzielt wird, dass die Empfindlichkeit vergrössert, aber die Betriebssicherheit nicht verkleinert wird, weil die stets mit Funken verbundene elektrische Kontaktgebung für Relais ersetzt ist durch die dauernd einwandfreie magnetische Kontaktgebung.
Um einem Apparat, der alls diese Vorteile besitzt, zu bauen, wurde folgender Weg eingeschlagen.
In der Figur, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, sind 1 und 2 die Klemmen, 3 und J die Unterbrechungskontakte eines einpoligen Selbstschalters. Der Kontakt 4 ist exzentrisch auf einem Kniehebel angeordnet, dessen Drehpunkt bei 10 liegt und der an dem den Kontakten 3-4 entgegengesetzten Ende eine Nase 9 trägt. Die Blattfeder 11 trachtet die
Kontakte 3 bis 4 zu trennen, also den Strom zu unterbrechen, was aber unmöglich ist, solange die Nase 9 eingeklinkt gehalten wird.
Der Strom kommt bei 1 an, gelangt von 3 nach 4, durcheilt dann die Spule 5, die
Heizwirkung 6. und verlässt, nachdem er einen nicht zur Erfindung gehörenden Kontakt für die Freiauslösung des Schalters passiert hat, den Apparat bei der Klemme Die Spule-5
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schraube, die die Einstellung des Luftspaltes 18 ermöglicht und, wie später gezeigt wird, durch ihren Magnetismus, zum Unterschiede von anderen Bauarten, eine Stabilisierung der Schaltvorgänge gewährleistet. Der Bügel in besteht aus Eisen und bezweckt, wie gezeigt werden wird, einen zeitweiligen magnetischen Nebenschluss ; er ist durch Längsschlitz und die Schrauben 19 verstellbar.
Der Apparat wirkt wie folgt :
Die Magnetspule 5 erzeugt einen magnetischen, dreifach verzweigten Kraftlinienfluss.
I. Von a beginnend über b nach c, den Luftspalt 18 überbrückend nach d und von da zurück nach a.
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'II. Von b al) zeigend nach e, durch den Stab 12 nach'/, durch die Schraube 16 nach i, von da nach k, um sich mit dem ersten Strome zu vereinigen.
III. Von/abzweigend nach g, übergehend nach h, durch den Bügel 17, bei d sich mit den ersten Strömen vereinigen.
Verhalten des Apparates bei verschiedenen Betriebsverhältnissen : x) Bei normalem Dauerbetriebe :
Der grösste Teil des Kraftlinienstromes geht den eisengeschlossenen Weg a-b-e- -/--A-a !-a.
Ein Teil verläuft über a-b-c,'Luftspalt 18 d-a und ein kleiner Teil über a-b-e-/-i-k-c, Luftspalt 18-d-a. Der Luftspalt 18 ist in diesem Betriebszustande durch die Schraube 16 so eingestellt und der Anker 8 durch die Feder 15 so fest an die Schraube 16 gedrückt, dass er nicht angezogen werden kann.
ss) Verhalten bei nennenswerter dauernder Überlastung :
Die Heizwicklung 6 beginnt zu wirken ; Der Stab 12, 13 ist so angeordnet, dass er sich mit seinem unteren Ende g bei Erhitzung von links nach rechts bewegt, das Ende g also vom Bügelende h sich abhebt. Gleichzeitig nimmt selbstverständlich die in dem Stab 12, 13 befestigte Schraube 16 an der Bewegung teil. Es wird daher der Luftspalt 18 verkleinert und der Kraftlinienstrom a-b-c-d-a wesentlich verstärkt, weil der Nebenschluss b-e-f-g-h nun zwischen g, h einen, je nach der Grösse der Überlastung mehr oder minder grossen Luftspalt findet, der sich dauernd vergrössert, während sich der Luftspalt 18 in dem gleichen (linearen) Masse dauernd verkleinert. Die Anziehungskraft zwischen dem Magneten 7 und dem Anker 8 wird daher quadratisch mit der Abnahme des Luftspaltes 18 wachsen.
Immerhin wird die Sperklinke 20 bei nicht allzu hoher Belastung die Nase 9 nicht freigeben, weil sich in der soeben beschriebenen Betriebslage (Entstehen eines Luftspaltes zwischen g und h) die Schraube 16 als ein magnetischer Klebekontakt"ent- wickelt hat. Das bei b abzweigende Feld muss nämlich bei f in die'Schraube 16 und von da über i bis k in den Anker 8 übergehen. Es wird durch die Windungen der Heizwicklung 6 verstärkt und die flach auf dem Anker 8 anliegende Schraube 16 übt eine starke magnetische Anziehung auf diesen aus, so zwar, dass er sich erst bei einer verhältnismässig grossen Überlastung von 16 löst, a d anlegt und dadurch die Nase 9 freigegeben bzw. der Schalter 3 bis 4 geöffnet wird.
Durch diese Konstruktion wird also im betriebswarmem Zustande die Empfindlichkeit des Apparates wohl erhöht (Luftspalt glh wird grösser, Luftspalt 18 hingegen kleiner) eine Überempfindlichkeit aber sicher vermieden, weil der "Klebe"-Kontakt ilk das Abreissen des Ankers 8 im betriebswarmen Zustande noch verhindert. y) Verhalten bei hoher dauernder Überlastung.
Häufen sich die Überlastungsstösse, so wird infolge der zunehmenden Erhitzung der Lamelle 12113 der Luftspalt g/h immer grösser. Da aber auch die "Klebekraft" bei i/Tl steigt, wird die gleichzeitig einsetzende Verkleinerung des Luftspaltes 18 immer noch ausser stande sein, den Anker 8 anzureissen und den Schalter auf elektromagnetischem Wege zu öffnen.
Und doch wird er sich bald öffnen, aber auf elektrothermischem Wege. Denn die Lamelle 12113 biegt sich dann rasch so weit durch, dass durch die'Schraube 16 die Nase 9 einfach aus der Klinke 20 herausgedrängt wird, ohne dass es zu einer Entfernung des Ankers 8 von der Schraube 16 gekommen wäre.
Die bei ss vorausgesetzte "nennenswerte Überlastung" wird also nur die Empfindlichkeit des Apparates gegen die Zahl und Grösse der schädlichen Stromstösse steigern, aber seine Unterbrechung nicht herbeiführen. Dies tritt erst bei der unter y) beschriebenen hohen Überlastung"auf. a) Verhalten beim Anlauf eines Motors :
Der plötzliche Stoss des Anlaufstromes ist nicht imstande, den Apparat auszuschalten, denn der durch die Windungen der Heizwicklung 6 verstärkte Magnetisierungsstrom geht vorwiegend über b-e-. f-g-lz-d der magnetische Klebekontakt i, k ist gleichfalls sehr stark und der Luftspalt 18 hat seine maximale Grösse.
Anlaufströme werden also vom Apparat unbeschadet seiner sonstigen hohen Empfindlichkeit glatt durchgelassen, und zwar bis zu einem gewissen Mass auch dann, wenn der Apparat in betriebswarmem Zustand sich befindet. s) Verhalten bei sehr grosser Überlastung und Kurzschluss :
Die magnetischen Nebenschlüsse b-e-f-g-h-d und b-e-f-i-k-c-d sind rascher gesättigt als der magnetische Kreis a-b-c-d-a, daher wird bei sehr hoher Überlastung (oder
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Bei normaler Dauerbelastung bleibt der Apparat in jeder Hinsicht in Ruhe, das Eisenende g des bimetallischen Stabes 12113 bleibt in der Nähe des Endes h des Bügels 17, das Ende i der Schraube 16 am Anker 8. Erst je nach der Art der entstehenden Änderung der Betriebsverhältnisse werden die magnetischen und elektrischen Zustände im Apparat geändert.
Die im Texte erwähnten Belastungsarten sind relative Ausdrücke, die je nach den vorkommenden Betriebsverhältnissen und dem Verwendungszwecke verschieden gewertet werden müssen,
Es ist auch die konstruktive Lösung der Aufgabe, das oben beschriebene Schaltungssystem auf. kleine, gedrungene Selbstschalter anzuwenden, die z. B. in normalen EdisonSicherungselementen verwendet werden, leicht möglich.
Ähnlich wie bei dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel ist auch da die Einrichtung so getroffen, dass der Apparat bei hoher Überlastung elektromagnetisch sofort abschaltet, bei geringerer dauernder Überlastung jedoch wieder elektrothermisch-mechanisch nach Ablauf einer gewissen Zeit, denn auch da ist der Thermostat vorhanden.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Selbsttätiger Hochstromschalter mit eingebauter thermostatischer Beschleunigungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschalthebel (9, 10, 11) nicht nur elektromagnetisch, sondern auch durch einen vom Hauptstrom geheizten bimetallischen Stab (12, 13) elektrothermisch-mechanisch beeinflusst wird, so dass bei sehr hoher Überlastung der Stromkreis elektromagnetisch, bei geringerer Überlastung aber elektrothermisch unterbrochen wird.