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Die Erfindung, betrifft einen selbsttätigen, thermisch wirkenden Maximalschalter, der zugleich als Zeitschalter wirken'kann, also imstande ist", den Stromkreis zu unterbrechen, wenn ihn ein Strom von bestimmter Stärke eine gewisse Zeit hindurch durchflossen hat.
Bei den bekannten Schaltungssystemen dieser Art wird diese Stromverstärkung zur Betätigung eines Ausschalters verwendet, der von einem Elektromagneten gesteuert wird. Eine solche, mit einem Elektromagneten versehene Vorrichtung ist nun nicht nur kostspielig, sondern auch äusserst empfindlich. Diese Nachteile werden bei dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung dadurch vormieden, dass die fragliche Stromverstärkung dazu ausgenutzt wird, um die Zugfestigkeit eines Metalldrahtes zu vermindern, der den Stromkreis dadurch geschlossen hält, dass er von dem gesamten zu unterbrechenden strom durchlaufen wird oder dass er einer mechanischen Einwirkung standhält, die bestrebt ist, den Strom zu unterbrechen.
Auf diese Weise wird ein selbsttätiger Ausschalter geschaffen, als der Zeitschalter zu wirken vermag, jedoch keine Wicklungen, Relais, Schaltklinken, Uhrwerke, Luftpuffer, Ölschaltungen o. dgl. aufweist. Ausserdem kann dieser Ausschalter sowohl für Wechselstrom als auch für Gleichstrom verwendet werden
Infolge der Verstärkung des den Draht durchfliessenden Stromes wird der Draht erhitzt, seine Bruchfestigkeit wird vermindert und bei einer bestimmten Temperatur, die tief unterhalb des Schmelzpunktes liegt, bricht der Draht, wobei der-Strom unterbrochen wird.
Diese Ergebnisse werden erzielt durch Verwendung eines Drahtes, der einer starken mechanischen Spannung unterworfen ist und aus einem Metall besteht, das eine sehr hohe Bruchfestigkeit besitzt, dessen-Elastizitätsgrenze nur wenig unter der Bruchgrenze liegt und das eine nur geringe Drehung beim Bruch besitzt.
Als Material kommt z. B. Stahldraht von jener Sorte in Betracht-die für die Bewirkung der Retoren elektrischen Maschinen gewöhnlich verwendet wird, Auch Bronze aus 87% Kupfer, 8'7% Zinn und 4'3"/ Zink genügt den Anforderungen.
Die starke mechanische-Spannung, der der Draht unterworfen ist, hat die Wirkung, sofort nach dem Bruch die Entfernung des freien Drahtendes mit grosser Geschwindigkeit hervorzurufen, derart, dass die Bildung eines permanenten Lichtbogens vermieden wird. Um dieser starken mechanischen-Spannung zu widerstehen, muss das Metall des Drahtes eine hohe Bruchfestigkeit besitzen. Ausserdem ist es nötig, dass es eine Elastizitätsgrenze besitzt, die der Bruchgrenze benachbart ist, damit der Draht von einem Strom durchlaufen werden kann, dessen Intensität sehr nahe derjenigen Intensität ist, den Bruch hervorruft, ohne dass eine permanente Deformation eintritt, welche seine Widerstandsbedingungen gegen anderweitige Beanspruchungen verändern würde.
Aus alledem ergibt sich eine grosse Gleichmässigkeit der Wirkung, indem diese nicht durch frühere Erhitzung des Drahtes beeinffusst werden kann. Schliesslich besitzt der Draht eine nur geringe Dehnung beim Bruch, damit der Bruch sehr glatt vor sich geht, ohne dass vorher der Draht weich wird.
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Zu diesem Behufe ist das eine Ende des Drahtes an das Organ befestigt, welches beständig das Bestreben hat, den'Stromkreis zu unterbrechen, und diese Unterbrechung auch bewirkt, sobald der Draht bricht, während sein anderes Ende nicht an einem festen Punkt des Apparates, sondern an einem Schalthebel angeschlossen ist, der normal durch eine Sperrklinke in einer geschlossenen Stellung gehalten wird.
Beim Bruch des Drahtes kann dieser erst dann ersetzt werden, wenn diese Klinke, ausser Eingriff gesetzt und der Schalthebel geöffnet worden ist. Auf diese Weise sind die Teile oder Organe, die zur Auswechslung des Drahtes dienen, vollständig von dem Stromkreis abgeschlossen und es wird somit jede Gefahr vermieden. Da des ferneren das Wiedereinrücken des Apparates sich nur durch die mechanische Spannung des Drahtes bewerkstelligen lässt, so wird der Schalter nach Erneuerung des Drahtes sofort wieder in Tätigkeit treten, wenn die Ursache, welche die Betätigung des Schalters das erstemal hervorgerufen hat, noch bestehen sollte.
Die Zeichnungen zeigen drei Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es zeigen Fig. r im Schnitt der Länge nach einen in einen Strom einzúschaltenden Sicherungsstöpsel, Fig. 2 eine Seitenansicht des Erfindungsgegenstandes in Anwendung auf einen Stromschalter, Fig. 3 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform'des Erfindungsgegenstandes in Anwendung auf einem Stromausschalter, . Bei der Anordnung gemäss Fig. i ist der Draht 1 in der Mittelachse einer Hülse 2 aus Isoliermasse angeordnet, die in eine Dose 3 aus Isoliermasse eingesetzt ist. Das Rohr 2 ist durch zwei metallische Deckel 4 und 5 abgeschlossen, die mit den Leitungsdrähten elektrisch vebunden sind. Der Draht 1 ist auf der einen Seite an dem Deckel 4, auf der anderen Seite an einer Scheibe 7 befestigt, die von einer Feder 8 nach oben gedrückt wird.
Die Scheibe 7 trägt eine Spindel 9 und ist durch ein schlaffes Kabel mit dem Deckel 3 verbunden. An den beiden Enden des Drahtes sind Einspannkeile 10 in Form abgestumpfter Kegel befestigt, die in hohlkegelige Lager der Scheibe 7 und des Deckels 4 eingreifen. Um den Draht einspannen zu können, sind die beiden Stücke j und 7 mit je einem radialen Schlitz versehen, der in das hohlkegelige-Lager einmündet. Ein Rohr 11 aus Isoliermaterial umschliesst konzentrisch mit der Hülse 2 den Draht 1 ; es verhindert, dass er nach seinem Bruch die Feder 8 berührt,
Wenn der die Vorrichtung durchlaufende Strom die dem Querschnitt des Drahtes und der Spannung der Feder 8 angemessene Stromstärke überschreitet, erhitzt sich der Draht und bricht, wodurch die Stromunterbrechung bewirkt wird.
Gleichzeitig zeigt die am Deckel heraustretende Spindel 9 die stattgefundene Stromunterbrechung an. Um einen neuen Draht, einzuziehen nimmt man. die'Hülse 2 aus dem Block 3, hebt den Deckel 5 ab und hierauf die Scheibe 7 an der Spindel 9 heraus, führt den Keil eines neuen Drahtes in die Scheibe 7 ein, schiebt das Ganze in das Rohr 2, drückt auf den Druckknopf der Spindel 9, um den Draht herabzusenken und führt sein unteres Ende in den Deckel 4 ein. Diese Art der Auswechslung des Drahtes kann dazu benutzt werden, um die fahrläs ige Verwendung eines für höhere Stromstärken berechneten Sicherungsdrahtes auszuschliessen, indem man einfach jeden derartigen Draht in geringerer Länge herstellt.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2. ist der Draht'zwischen einem Sicherungshebel 13, der im Sinne des Pfeiles unter der Wirkung einer Feder 14 auszuschwingen bestrebt ist, und dem Schalthebel 15-gespannt, der bei 16 angelenkt ist und bei 17 den Stromkreis 13, 12, 15, 17 schliesst.
'Ein abgefederter Haken 18 hält den Hebel 15 eingeschaltet. Der Draht 12 trägt an beiden Enden-kleine Einspannkeile 55, die in entsprechend hohlkegelig ausgebildete Lager der beiden Platten 56 und 57 eingreifen, die senkrecht an den Armen 13 und 15 befestigt sind. Die'Schlitze 58 in. den'Platten 56 und,/57 gestatten das leichte Einsetzen des Drahtes.
Sobald der Handgriff 59 in der Schliessstellung durch den abgefederten Haken 18 gehalten wird, wird der Draht. ? durch die Wirkung der Feder 14 gespannt.
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Ist der Draht 12 infolge des Ansteigens der Stromstärke gebrochen und muss ausgewechselt werden, so zieht man durch eine Zugstange 19 den Haken herab und legt den Hebel 15 aus ; man setzt dann einen neuen Draht 12 ein, der die vorigen kleinen Einspannkeile trägt, worauf man den Hebel 15 wieder einlegt, so dass'er mit dem Haken 18 wieder in Eingriff kommt. Der Ausschalter nach Fig. 2 kann rasch geöffnet werden, indem man auf den abgefederten Haken einwirkt, der den Schalthebel eingelegt hält.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 sind auf der Marmorplatte-21 zwei Klemmen 22 und 23 für den Ein-bzw. Austritt des Stromes befestigt.
Der bewegliche Teil des Schalters besteht aus zwei Hebeln 24 und 25, die bei 26 bzw. 27 an zwei isolierte Träger 28, 29 drehbar angelenkt sind, die ihrerseits auf der Platte 21 befestigt sind. Der Hebel 24, der mit dem Griff 30 ein Ganzes bildet, wird mit der Klemme 22 in Kontakt gebracht, wenn man ihn zwischen die biegsamen Backen 31 drückt, die an der Klemme 22 befestigt sind. Der Hebel 25 ist mit einem Stromabnehmer 32 versehen, der sich an die mit der Klemme 23 fest verbundene Platte 33 anlegen kann. Der.
Hebel 25 ist bei 34 mit einer Feder 35 verbunden, die das Bestreben hat, eine Drehung des Hebels um die Achse 27 und somit ein - Abgleiten des Stromabnehmers 32 von der Platte 33 zu bewirken, Die beiden Hebel 24 und 25 sind einerseits mit einem Nebenschluss 36 aus Material von veränderlichem Leitungswiderstand und andrerseits mit einem dünnen Draht 37 elektrisch verbunden, der von einem Strom von steigender Stärke durchflossen wird und die Ausschaltung des Apparates hervorruft. Die Befestigung des., *rates 37 an den Hebeln 24 und 25 erfolgt mittels der beiden Platten 39 und 40, die in Schlitzen an der Schmalseite der Hebel eingesetzt sind.
Die Platten weisen kegel-oder kegelstumpf- förmige Ausnehmungen auf, in die sich die mit den Drahtenden fest verbundenen Befestigungsstücke oder Schlösser 38, welche die gleiche Kegelgestalt aufweisen, einlegen können. Die Spitzen der Kegel der Schlösser und Ausnehmungen sind hierbei nach innen also gegeneinander gerichtet, so dass sie dem Draht 37 bei Spannung einen festen Halt gewähren.
Um den Draht mit den é1aran'festgemàchten Befestigungsstücken oder Schlössern 18 in die Platten 39. 40 einführen zu können, sind Schlitze 41 in den, Platten vorgesehen, welche von der Kegelspitze bis an den Plattenrand reichen ; durch diese wird beim Einsetzen (oder Entfernen) der Draht durchgeführt, worauf dann die Befestigungsstücke oder Schlösser 18 in die entsprechenden Ausnehmungen der Platten beim Auseinanderziehen derselben auf die Drahtlänge sich einlegen. Diese letzeren werden dann in den Schlitzen der Hebel 24 und 25 festgemacht.
Solange der Griff 30 in seiner Schliessstellung durch den Federhaken'42 gehalten wird, wird der Draht 37 durch die Einwirkung der Feder 35 gespannt, wodurch der Hebel 25 mit der Platte 33 und der Klemme 25 in Kontakt gehalten wird. 'Der Stromkreis ist jetzt geschlossen. Der Nebenschluss 36 ist mittels der Klemmen 43 und 44 mit den Hebeln 24 und 25'und den biegsamen Drähten 45 und 46 verbunden. Der Nebenschluss besteht aus zwei Lamellen aus-einem Metall, dessen spezifischer Leitungswiderstand mit der Temperatur steigt, und ist so berechnet, dass er von dem'grössten Teil des Stromes durchflossen wird.
Der Draht 37 erhitzt sich nur wenig bei normalem Betrieb.'Wenn der gesamte den Apparat durchfliessende Strom sehr stark anwächst, so wird der sich mehr oder weniger schnell erhitzende Nebenschluss 36 einen immer wachsenden Teil des Stromes veranlassen, durch den Draht 37 zu fliessen. Dies hat eine Erhitzung des Drahtes und eine Verminderung seiner Bruchfestigkeit, zur Folge. Sobald nun der Draht unter der Einwirkung der Feder 35 bricht, dreht sich der Hebel 25 um die Achse 27 und der Stromabnehmer 32 wird plötzlich von der Platte 33 getrennt, so dass der Stromkreis unterbrochen ist. '
Hierbei ist zu beachten, dass der Bruch des Drahtes ohne jegliches Abschmelzen des Metalles und ohne Funkenbildung erfolgt.
Der Hebel 25 und die Platte 33 können gegebenenfalls mit Blattfedern 47 und 47'versehen sein, zwischen welchen der bei der Stromunterbrechung erzeugte Funken entsteht. Der Nebenschluss 36 und der Draht 37 können mit einem wärmeisolierenden Überzug versehen sein, der alle äusseren Einflüsse fernhält.
Das Metall, aus dem der Draht 37 angefertigt wird, soll homogen sein, eine sehr hohe, der Elastizitätsgrenze naheliegende Bruchfestigkeit besitzen und eine geringe Dehnung bei Bruch aufweisen, Solche Metalle sind bereits bekannt. Es kann hierzu beispielsweise der Stahldraht verwendet werden, der bei elektrischen Maschinen für die Rotorbewicklung in Verwendung zu kommen pflegt. Auch Bronze. beispielsweise von der Zusammensetzung Cu 87%, Sn 8-70/o"ZU 4'30/"entspricht den obigen Anforderungen.
Um das Ausrücken des Apparates von Hand zu bewirken, genügt es, mittels des Griffes 30 und'der an letzterem befestigten Stange 48 den Sperrhaken 42 herunterzudrücken.
Der Hebel 24 wird dann durch den Griff 30 und der Hebel 25 durch die Wirkung der Feder 35 aus seiner ursprünglichen Lage bewegt.
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. Um ein plötzliches Öffnen des Schalters hervorzurufen; kann man mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten Stange den Haken 42 direkt betätigen.
Es ist klar, dass die Verzögerung des Ausrückens des Schalters unter sonst gleichen Umständen von dem Metall abhängt, aus welchem der Nebenschluss angefertigt ist, das heisst von dem Koeffizienten, der die Veränderung des Leitungswiderstandes dieses Metalles mit der Temperaturzunahme kennzeichnet Als solches kann beispielsweise Eisen oder Nickel verwendet werden.
Es versteht sich von selbst ;'dass eine ähnliche Einrichtung für Ströme von niedriger und hoher Spannung verwendet werden kann. Im letzteren Falle ist es vorteilhaft, in den Apparat statt des Hochspannungsstromes einen mit Hilfe eines Transformators erzeugten Strom von niedriger Spannung eiutreten zu-lassen. Die Bewegungen des Niederspannungsschalters werden'sodann, mechanisch auf eine Vorrichtung übertragen, die den Hochspannungsstrom unterbricht.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass die Schalter gemäss vorliegender Erfindung gegen das Wiedereinschalten gesichert sind ; denn wenn nach Ersatz des gebrochenen Drahtes der Apparat wieder eingerückt wird, muss die Stromunterbrechung sofort von neuem stattfinden, solange die. Überlastung der Linie noch besteht.
'PATENT-ANSPRÜCHE : " i. Selbsttätiger, thermisch wirkender Stromausschalter,-dadurch gekennzeichnet, dass als Trennungsglied ein einer starken mechanischen Spannung unterworfener Draht (12) angeordnet ist, der von dem auszuschaltenden Strom durchflossen wird und aus einem Metall von hoher, durch steigende Erhitzung konstant abnehmender Bruchfestigkeit, z. B. Spezialstahl, Bronze o. dgl, besteht, dessen Elastizitätsgrenze nur wenig unter der Bruchgrenze liegt und das beim Bruch eine geringe Dehnung besitzt, derart, dass der Draht bei einer erheblich unter seinem Schmelzpunkt liegenden Temperatur und bei einer Stromstärke bricht, die mit grosser Genauigkeit vorausberechnet werden kann.