Elektrischer Schalter. Es gibt bereits Schalter, die durch die üifolge der Stromwärme auftretende Längen änderung von Metallteilen betätigt werden. Die benötigten Steuerstromstärken sind hier bei jedoch gross und die Schalter selbst sehr träge. Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, die temperaturempfindlichen Organe in Form von Drähten anzuordnen, die mecha nisch parallel, elektrisch dagegen in Reihe nIeschaltet sind.
Es ist bisher jedoch nicht ge lungen, mit solchen Schaltern bei verhältnis mässig kleinen Steuerströmen auch nur einigermassen nennenswerte Leistungen zu schalten, es sei denn, dass eine. aufgespeicherte Energie benutzt wurde, die durch die Längen änderung lediglich ausgelöst wurde, und die selbst die Schaltung bewirkte. Es war daher auch nicht möglich, solche Schalter als Schütze auszuführen, die durch Steuerströme geschaltet und durch dieselben in- ihrer Schaltstellung gehalten werden.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfin dung ist nun ein elektrischer Schalter, wel- eher dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kontakte durch mechanisch parallel, elek trisch in Reihe geschaltete Drähte oder Bänder betätigt werden dadurch, dass sie in folge des sie durchfliessenden Steuerstromes erhitzt werden, und sich ausdehnen und dass die Drähte oder Bänder und die Kontakte in einem vakuumdicht abgeschlossenen Gefäss eingeschlossen sind, das entweder evakuiert oder mit indifferenten Gasen gefüllt ist, zu -dem Zweck, mit einem möglichst kleinen in duktionsfreien Steuerstrom eine möglichst hohe Leistung zu schalten.
An sich sind Schalter, deren- Kontakte sich im Vakuum oder in indifferenten Gasen befinden, bereits bekannt. Jedoch wurden derartige Schalter bisher entweder durch in direkt beheizte Metallteile oder durch ein zelne direkt beheizte Drähte betätigt. Diese Schalter haben den Nachteil, dass sie erst nach verhältnismässig langer Zeit ansprechen und einen hohen Steuerstrom benötigen. Erst die Kombination von Drähten oder Bändern, die mechanisch parallel und elek trisch in Reihe geschaltet sind, bei gleich zeitiger Verwendung von Vakuum oder in differenten Gasen, gibt die Möglichkeit, bei sehr kleinen Steuerströmen verhältnismässig hohe Leistungen betriebssicher abzuschalten.
Beispielsweise ermöglicht die erfindungsge mässe Kombination die unbedingt betriebs sichere Abschaltung einer Leistung von 20 KW bei 1000 V Gleichspannung vermit telst eines Steuerstromes von nur 0,04 Am pere und einer Steuerleistung von etwa 6 W, wobei noch der Vorteil zu berücksichtigen ist, 'dass der Steuerstrom völlig induktionsfrei ist und daher die gesamte verhältnismässig sehr hohe Schaltleistung durch sehr empfindliche und kleine Kontakte geschaltet werden kann.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen, welche einige beispielsweise Ausführungs formen darstellen, ist das Wesen der vorlie genden Erfindung näher erläutert. Es stellt dar: Fig. 1 einen thermisch gesteuerten Schal ter nach der Erfindung in Vorderansicht, Fig. 2 die Innenteile desselben in Seiten ansicht, Fig. 3 die Innenteile eines solchen Schal ters in einer etwas andern Ausführungsform, teilweise geschnitten, Fig. 4 eine Aufsicht auf den Gegenstand der Fig. 3,
Fig. 5 einen Längsschnitt durch Innenteile eines solchen Schalters nach einer andern Ausführungsform, Fig. 6 eine Seitenansicht von Einzelteilen eines solchen Schalters nach einer weiteren Ausführungsform, Fig. 7 eine Seitenansicht eines Schalters nach der Erfindung in einer weiteren Aus führungsform, Fig. 8 eine Seitenansicht eines Schalters in einer weiteren Ausführungsform, Fig. 9 einen Längsschnitt durch einen Teil der Fig..8 in grösserem Massstab,
Fig. 10 eine Seitenansicht eines Schalters nach der Erfindung in einer weiteren Aus führungsform und in grösserem Massstab, Fig. 11 eine teilweise Seitenansicht eines Schalters ähnlich dem Schalter nach Fig. 10; Fig. 12 stellt einen Querschnitt durch die Stromzuführungsschienen von solchen Schal tern dar, wobei diese Stromzuführungsschie- nen konzentrisch von einem Kondensator um geben sind.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 trägt eine Stromschiene 1 den festen Kontakt 2. An dem obern Ende der Strom schiene 3 ist eine Feder 4 befestigt, deren Federkraft den auf ihr befestigten beweg lichen Kontakt 5 nach oben drückt. Der Aus dehnungsdraht -6 ist in langen Zickzackwin- dungen über zwei Rollen 7 und 8 aus Isolier material und mit so glatten Oberflächen ge wickelt, dass ein Gleiten der einzelnen Drähte auf den Rollen und damit ein Zugausgleich möglich ist. Die Enden des Ausdehnungs drahtes sind mit 9 und 10 bezeichnet. Die Rolle 7 ist mittelst des Bügels 11 an der Stromschiene 1 befestigt.
Die Rolle 8 ist mit- telst des Bügels 12 an der Kontaktfeder 4 aufgehängt. Die Ausdehnungswicklung 6 ist so vorgespannt, dass sie in kaltem Zustand die Kontakte 2 und 5 geschlossen hält; wird sie an Spannung gelegt, so dehnen sich die einzelnen Windungen infolge ihres kleinen Querschnittes fast momentan aus, die Kon taktfeder 4 entspannt sich und die Kontakte 2 und .5 öffnen sich. Nach Unterbrechung des Steuerstromes kühlen sich die Windungen ebenso momentan ab, ziehen sich wieder zu sammen und schliessen die Kontakte. Die Drähte sind hinsichtlich der von ihnen auf die Kontakte ausgeübten Wirkung, das heisst mechanisch parallel zueinander angeordnet, indem sich ihre Zugkräfte summieren.
Als Zugkraft kommt an der Feder 4 somit die Summe der Zugkräfte der elektrisch hinter einander liegenden Drähte der Wicklung zur Wirkung, die demnach, trotz Verwendung sehr dünner Drähte., genügend gross ist, um ein betriebssicheres Schalten zu gewähr leisten. Der Widerstand der gesamten Wick lung ist dabei so hoch, dass diese eventuell unter Vorschaltung eines kleinen Wider standes unmittelbar an die vorhandene Netz- Spannung gelegt werden kann. Die Teile des Schalters sind in einem vakuumdicht abge schlossenen Gefäss, zum Beispiel aus Glas eingeschlossen, wie bei _A angedeutet, welches evakuiert oder mit einem indifferenten Gas gefüllt ist.
Dieses Gefäss ist in den weiter un ten beschriebenen Ausführungsformen in der Zeichnung der Einfachheit wegen weggelas sen.
Fig. 3 und 4 stellen eine andere Aus führungsform dar, bei der die Wicklung 13 in langen Zickzackwindungen vermittelst der beiden Wicklungsträger 14 und 15 konzen trisch um die Kontakte 1.6 und 17 herum geführt ist. Die Kontakte werden durch die Schraubenfeder 18 auseinander gezogen. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass sie sich der Form des Glasrohres, in das der Schalter eingeschlossen ist, sehr gut anpasst.
Eine weitere Ausführungsform zeigt Fig. 5. Hier ist die Ausdehnungswicklung 19 rhombenförmig vermittelst zweier glatter Isolierrollen 20 und 21 über einen aus einem Material mit möglichst kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehenden Strei fen 2:2, und zwar in seiner Längsrichtung im Zickzack gewickelt. Die einzelnen Windun gen werden unter Zwischenschaltung zweier Isolierstücke 23 und 24 durch die Kontakt federn 215 und 26 gespannt gehalten.
Im stromlosen Zustand der Wicklung sind die Kontakte 27 und,218, die sich im Kreuzungs punkt der Diagonalen der Wicklung 1.9 tref fen, geschlossen. Wird die Wicklung an Spannung gelegt, dehnen sich die einzelnen Drähte aus, und die Kontakte öffnen sich. Diese Anordnung der Kontakte und Wider standswicklung hat den Vorteil, da.ss die Wärmeausdehnung der einzelnen Drähte in beliebiger Vergrösserung auf die Kontakte übertragen werden kann, dadurch, dass man das Verhältnis der Diagonalen des Rhombus ändert.
Da die einzelnen nebeneinander laufenden Windungen sich gegenseitig beheizen, werden die innern Windungen sich stärker ausdehnen als die nach aussen liegenden; die aussen lie- genden können dadurch mechanisch höher be ansprucht werden. Es ist daher zweckmässig, die äussern Windungen entsprechend enger zu wickeln, um so eine gleichmässige Erwärmung und Ausdehnung der einzelnen Windungen zu erzielen.
Der gleiche Zweck, die gleichmässige me chanische Beanspruchung der einzelnen Win dungen, wird auch dadurch erreicht, dass die einzelnen Windungen sich in ihrer Länge während des Betriebes abgleichen können. Dieses kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass die die Wicklung tragenden Iso- lierrollen aus einzelnen drehbaren Röllchen bestehen. Es genügt auch, die Oberfläche der Isolierrollen zu glasieren und hierdurch ein Gleiten des Drahtes auf ihnen zu ermög lichen.
Um eine ungleichmässige Belastung der einzelnen Windungen zu vermeiden, wird man zweckmässig wenigstens eine der Isolier- rollen nur punktförmig aufhängen, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Die Madenschraube 29 dient hier als punktförmige Stütze und er möglicht gleichzeitig die Einjustierung der Wicklung.
Da die Ausdehnungsdrähte durch den Steuerstrom auf verhältnismässig hohe Tem- peraturen, die zum Teil über der Rotglut grenze liegen, erhitzt werden, wird man diese Drähte zweckmässig aus vakuumgeschmolze nen Metallen herstellen, um einen Austritt von Gasen und somit eine Verschlechterung des Vakuums bezw. eine Verunreinigung der zur Füllung benutzten indifferenten Gase zu vermeiden.
Um den dünnen Ausdehnungs draht von den Einwirkungen der Entladungs erscheinungen bei Öffnen der Kontakte zu schützen, wird man zweckmässig die Wick lung gegen benachbarte spannungsführende Teile abschirmen. Eine beispielsweise Anord nung eines solchen Schirmes, der aus Isolier material bestehen, aber auch leitend sein kann, zeigt die Fig. 1 unter Ziffer 30. In der Anordnung nach Fig. 3' wirkt als solcher Schirm gleichzeitig das zum Aufbau dienende Distanzrohr 81. Von Fall zu Fall kann es nötig sein, die durch die Dimensionierung der Wicklung ge gebenen Grössen von Ausdehnung und Zug kraft in anderem Verhältnis auf die Kontakte zu übertragen.
In solchen Fällen wird man eine Hebelübersetzung zwischen der losen Rolle und dem beweglichen Kontakt anbrin gen. Dies ist beispielsweise in Fig. 6 ge zeigt. Der bewegliche Kontakt 32 ist hier mittelst der Feder 33 an der Stromsehiene 34 befestigt. An dem umgebogenen Ende der Kontaktfeder 33 greift der Hebel 35 an, des sen Drehpunkt das Ende der Stromschiene 34 bildet. Das bewegliche Isolierröllchen trägt das eine Ende der zickzackförmigen Ausdehnungswicklung 37.
In der Anordnung nach Fig. 6 entspricht dem Heizen der Wick lung ein Schliessen der Kontakte.
Um die Wicklung vor mechanischer Über lastung zu schützen, wird man die Anord nung zweckmässig so treffen, dass zwischen dem Aufhängepunkt der Wicklung und dem beweglichen Kontakt ein federndes Glied eingeschaltet ist, das noch etwas nachgeben kann, wenn die Kontakte schon geschlossen sind.
Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 7 bis 12 sind Mittel gezeigt, um derar tige Schalter möglichst klein und betriebs sicher zu gestalten.
In Fig. 7 bedeuten<B>318</B> und 39 zwei Strom zuführungsschienen. An der ersteren ist ein fester Kontakt 40 angebracht. Ein Gegenkon takt 41 ist an einem doppelarmigen Hebel 42 angebracht, welcher bei 43 an der Stromzu- führungsschiene 319 schwenkbar gelagert ist. Auf das kontaktfreie Ende dieses Hebels wir ken die Ausdehnungsdrähte, die in ähnlicher Weise wie zum Beispiel in Fig. 1 angeordnet und in Fig. 7 nicht besonders dargestellt sind. Bei 44, 45 und 46 sind Bügel angedeu tet, in welchen die Ausdehnungsdrähte ge lagert sind.
Der Bügel 44 wirkt dabei auf den Hebel 42., während der Bügel 46 an der Stromzuführungsschiene 39 befestigt ist.
Wenn die Kontakte 40 und 41 sich be rühren und die Ausdehnungsdrähte noch wei ter beheizt werden, so können sie unter Um- ständen so lang werden, dass der Bügel 4.4 nicht mehr in fester Verbindung mit dem Hebel 42 steht und infolgedessen die Ausdeh nungsdrähte nicht mehr straff gehalten wer den, vielmehr sich untereinander berühren oder von ihren Trägern abrutschen, wodurch eine Zerstörung des Schalters eintreten würde. Um letzteres zu vermeiden, ist zwi schen den Bügel 44 und den Hebel 42 eine Feder 44a eingesetzt, welche die Wicklung bei weiterer Ausdehnung derselben auch nach erfolgtem Kontaktschluss genügend ge spannt hält.
Wesentlich ist bei dieser Bauart, dass zur Erzielung einer möglichst grossen Wicklungs länge der Ausdehnungsdrähte bei möglichst kurzem Schalter der Q;uetsehfuss 47 des Glas körpers 48, welcher zum Einschmelzen des Schalters in ein vakuumdichtes Gefäss in ähn licher Weise, wie in Fig. 1 angedeutet ist, dient, sich im Bereich der Ausdehnungs drähte befindet und demgemäss neben deren Enden angeordnet ist.
Die Fig. 8 stellt die Fortbildung eines Schalters nach Fig. 7 dar. Bei dieser Aus führung sind zur Vergrösserung der Kontakt bewegung und um den Schalter möglichst kurz zu machen, zwei Ausdehnungswicklun gen 5,7 und 58 angebracht, die auf verschie denen Seiten der Stromzuführungsschienen 49 und 50 liegen. Die Ausdehnungswicklung 57 ist an einem Bügel 50a fest aufgehängt, ihr anderes Ende wird von einem um einen Dreh punkt 60 schwenkbaren Hebel 59 gehalten. An dem andern Ende dieses Hebels greift die Ausdehnungswicklung 58 an, deren anderes Ende mit einem Bügel 6.1, der auf den Hebel 53 wirkt, verbunden ist.
Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass sich hier die Ausdehnungen der beiden Ausdehnungsdrähte 57 und 58 ad dieren, so dass ein verhältnismässig grosser Hub des Kontaktes' S2 erzielt wird, ohne dass die Länge des Schalters besonders gross aus fällt, und dass, der Durchmesser desselben be sonders gross wird.
Die Lebensdauer eines solchen Schalters lässt sich stark erhöhen, wenn den Kontakten. ein Kondensator parallel geschaltet ist und der Widerstand der Zuleitungsdrähte zum Kondensator möglichst gering ist. Man wird daher bei den Ausführungen nach Fig. 1, 2, 6, 7, 8, 10 und 11 den Kondensator zwischen den Stromzuführungsschienen anordnen, wie in Fig. 9 dargestellt. Die einzelnen Belegun gen<B>63</B> sind mit einem Hohlniet 64, die an dern Belegungen 65 mit einem Hohlniet 06 leitend verbunden und letztere mit den Strom zuführungsschienen 49 und 50.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 und 11 sind die Stromzuführungsschienen mit 69 und 70, die Ausdehnungsdrähte mit 71 angedeutet. 72 sind feste Kontakte auf den Schienen 70, 73 sind bewegliche Kontakte an einem Hebel 7.4, der um einen Drehpunkt 75 schwenkbar ist und bei Zug in den Ausdeh nungsdrähten durch einen Bügel 76 mit Ein stellschraube 77 verschwenkt wird.
Gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 und 2 ist zwischen die Ausdehnungsdrähte und die von ihnen betätigten Kontakte noch ein federndes Glied geschaltet, welches nach erfolgter Kontaktberührung bei einem wei teren Zusammenziehen der Ausdehnungs drähte verhindert, dass letztere abreissen. Die ses federnde Glied ist bei dem Ausführungs beispiel der Fig. 10, als eine Blattfeder 7.8 und bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 11 als eine Schraubenfeder 79 ausgebildet. Diese Federn sind so bemessen, dass sie bei freier Bewegung der Kontakte gegen den Druck der Kontaktöffnungsfeder noch nicht gegen den Kontakthebel bewegt werden.
In dem Augen blick jedoch, in dem sich die Kontakte be rühren, kommt die elastische Wirkung dieser Federn zur Geltung und verhindert eine über mässige Beanspruchung der sich weiterhin zu sammenziehenden Ausdehnungswicklung, die zu einem Zerreissen führen würde, wenn der Aufhängebügel der Wicklung unmittelbar mit dem starren Kontakthebel in Verbindung stünde.
Bei der Fig. 12 bedeuten 80 und 8.1 zwei Stromzuführungsschienen von Schaltern nach den Fig. 1 und -2. bezw. .6 bis 11. Während beim Gegenstand der Fig. 9 die Kondensator- belegungen zwischen den Stromzuführungs- schienen 49 und 50 angeordnet sind, sind hier Kondensatorbelegungen 82 und 83 konzen trisch um die Stromzuführungssehienen an geordnet.
Bei 84 sind Isolierungen zwischen den Be legungen angedeutet. 85 ist die Glaswand eines Vakuumgefässes, in welchem die Schalterteile eingeschlossen sind.
Statt Drähte können als Widerstands körper auch Bänder verwendet werden.