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Elektrische Schaltvorrichtung, die gleichzeitig als Handschalter,
Strombegrenzer und selbsttätiger Ausschalter dienen kann. Die vorliegende Erfindung
betrifft eine elektrische Schaltvorrichtung, die als einfacher Schalter, als Strombegrenzer
oder als Selbstausschalter benutzt werden kann.
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. Die Einrichtung beruht darauf, daß ein vom Strom durchflossener
Leiter seine Form ver-, ändert, wenn er in einem magnetischen Feld gelagert ist.
Im vorliegenden Falle besteht der seine Gestalt verändernde, im niagnetisehen Feld
liegende Leiter aus einem Ouecksilberfaden, der durch das Magnetfeld so weit abgelenkt
wird, bis er zerreißt.
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Auf der beiliegenden Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der
Erfindung beispielsweise dargestellt.
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Die Fig. i bis ii zeigen die.verschiedenen Ausführungsformen des Schaltkörpers.
-Fig. 12 ist ein Querschnitt eines Apparates, der zum Ersatz eines Schalters, einer
Sicherung oder eines Maximalausschalters geeignet ist.
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Fig. 13 ist ein Längsschnitt.
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Fig. 14 ist eine Ansicht, zum Teil geschnitten.
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Fig. 15 bis 18 zeigen eine andere Ausfüllrungsform.
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Fig. ig bis 2:2 zeigen Einzelheiten.
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In der Einrichtung nach Fig. i und 2, bezeichnet i einen Block aus
Isoliermaterial, in dem mit Quecksilber gefüllte Näpfe:2 und 3
eingelassen
sind. Diese Näpfe sind durch eine Rinne 4 verbunden, in welcher ein Ouecksilberfaden
5- liegt. Leiter 6 verinittiln die Verbindung des Quecksilberfadens
mit einem äußeren Stromkreis. Wenn man diesen Block in ein magnetisches Feld bringt,
dessen Kraftlinien durch die Pfeile ii angedeutet sind, und wenn man einen Strom
durch den Quecke silberfaden gehen läßt, wird . dieser einer Richtkraft unterworfen,
die durch denPfeilio dargestellt ist. Unter diesen Voraussetzungen krümmt sich der
Quecksilberfaden in die mit 8 bezeichnete Form. Mit steigender Stromstärke
im Faden 5 vermehrt sich die Krümmung des Fadens, bis er endlich am Punkte
9 reißt.
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Durch diesen Bruch werden die folgenden Erscheinungen bedingt: i.
Der Öffnungsfunke springt zwischen zwei Quecksilberelektroden über und wird dadurch
nur kurz. Die Kontakte bleiben immer wirksam.
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2. Der Funke entsteht in einem stark rnagnetischen Feld, wodurch eine
starke magnetische Blaswirkung hervorgerufen wird-Die Fläche 7, wo sich der
Quecksilberfaden befindet, kann entweder geneigt oder mit einer Aushöhlung 12 (Fig.
3 und 4) versehen sein, wodurch nach der einen oder anderen Ausführungsform
der Apparat ganz verschiedene Eigenschaften erhält. Wenn die Oberfläche
7
geneigt ist (Fig. i), kehrt das Quecksilber nach der durch die Deformation
des Fadens erfolgten Unterbrechung in seine erste Lage zurück, und der.Strom ist
wieder geschlossen. Wenn die Stromstärke, die durch das Qui#cksilber
läuft,
die gleiche ist wie zuvor, krümmt sich der Faden von neuem und reißt ab. -Dies dauert
so lange, wie die Stromstärke die gleiche Größe behält. In diesem Falle wirkt die
Einrichtung als Strombegrenzer.
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Wenn die Oberfläche 7 mit einer Aushöhlung 12 versehen ist,
ergießt sich der Quecksilberfaden, der sich proportional zur Stromstärke krümmt,
bei einer bestimmten Stromstärke in die Aushöhlung 12. Der Strom wird dabei an zwei
Stellen 15 und 16 unterbrochen. Das Quecksilber verbleibt. nach Überschreitung der
Erhöhung -13 in der Rinne 1:2. In diesem Falle wirkt die Einrichtung als
Sicheru - ng.
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Der Vorzug dieser Sicherung besteht im wesentlichen darin, daß die
Stromunterbrechung in einem geschlossenen Raum erfolgt und dadurch jede Gefahr einer
Entzündung vermieden wird. Außerdem kann man durch eine einfache Drehung des Blockes
im Sinne des Pfeiles 17 die Einrichtung in einfachster Weise wieder arbeitsbereit
machen. -
Durch eine Umdrehung. im umgekehrten Sinne kann man unter Ausnutzung
der Wirkung der Schwerkraft dasselbe Ergebnis erreichen, wie es eben als Wirkung
einer zu hohen Stromstärke geschildert worden ist, und die überleitung des Quecksilbers
in die Rinne 12, erzeugt die Stromunterbrechung, und zwar mit allen Vorteilen, die
oben geschildert worden sind. In diesem Falle wirkt der Apparat als Momentschalter
mit magnetischer Blaswirkung.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen Einzelheiten eines Isolierblockes,
der aus zwei Stücken 18 und ig hergestellt ist und in dem der Quecksilberfaden
23 in zwei Rinnen 25 endigt, die durch Schraubenbolzen:26 mit dem
äußeren Stromkreis in- Verbindung stehen. Schrauben:27 sichern die vollständige
Abdichtung, und elastische Messingstücke*:28 gestatten die Verbindung dieses Apparates
mit einer festen Unterstützung. Die oben beschriebenen Handgriffe können mit Hilfe
des Knopfes:29 ausgeführt werden. Ein unter Wirkung einer Feder 21 stehender Stift
.2o, der in Einschnitte 22 eingreift, sichert den Schalter in seinen verschiedenen
Stellungen.
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Die - Fig. 7 und 8 zeigen eine andere Ausführungsform
der Fig. i. Die Drähte 36
und 37 stehen mit den Näpfen 30 und
31 in Verbindung, und der Quecksilberfaden 3o, 32,
33, 31 kann sich
nur im Teil 32, 33 deformieren und bis 34 kommen, wo er sich auf der geneigten
Fläche 38 _ausbreitet. Der Handgriff 35 ermöglicht die Verwendung
des Apparates als einfacher Schalter.
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Die Fig. 9 und io zeigen eine Ausführungsform der Fig.
3, in welcher der Quecksilberfaden, der auf dem Tei144 42 beweglich ist,
sich unter der elektromagnetischen Einwirkung in die Rinne 39 ergießt. Dieser
Apparat ist ebenfalls mit einem Handgriff 35 versehen.
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Die Fig. ii, zeigt eine Ausführungsform der vorbeschriebenen Einrichtung,
bei der der Qu*ecksilberfaden durch einen festen Faden 47 ersetzt ist, der in zwei
Kugeln 45 und 46 endigt, die in kleinen Kalotten liegen, die mit den Näpfen 43 und
44 verbunden sind. Die elektromagnetische Einwirkung auf diesen Faden ist dieselbe
wie auf den Quecksilberfaden, aber in diesem Falle erfolgt die Unterbrechung durch
die Drehung des Leiters 47, welcher in die Lage 48 kommt und eine der Kugeln außer
Kontakt mit dem Quecksilbernapf bringt. , -
Die Fig. 1?" 13, 14 zeigen
eine vollständige Einrichtung, die als Ersatz -eines Schalters, einer Sicherung
oder eines Maximalausschalters dient.
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Der Block 18 nach Fig. 5 ragt mit seinem. Schraubenbolzen
26 in eine Durchbrechung 65
des Sockels 49. Dieser Sockel 49 ist ebenso
wie der Deckel 5o aus Porzellan, Fiber, Ebonit oder einem anderen Isolationsmaterial
hergestellt. Ein Winkelstück 61, das an dem Rahmen 5 1 isoliert. befestigt
ist, dient als Führung für den zweiten Bolzen 26 und zugleich als Anschlußkontakt.
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Der magnetische Fluß wird durch ein Blech 5 1 geleitet, das
durch ein Blechbündel ersetzt werden kann, wenn der Apparat mit Wechselstrom betrieben
werden soll. Der Einfachheit halber werden die Einrichtungen nach Fig. 1:2 bis 14
nur bei Anwendung von Gleichstrom beschrieben. Das Blech 51 trägt zwei knieförrnig
gebogene Teile 5:2, die die Pole bilden. Dieses Blech ist an seiner Basis
durch zwei KniestÜcke 53 befestigt, die auf dem Sockel angeschraubt sind.
Eine Feder 58
ersetzt den Stift:2o in Fig. 5. Das Magnetfeld wird durch
zwei Spulen 54 erzeugt.
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Ein Schleifring 59 mit Schraubenbolzen und Schrauben 6o bildet
den Anschlußkontakt auf dem Sockel. Durch Löcher 55 werden Befestigungsschrauben
geführt.
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- Der Handgriff 59 erlaubt, den Stromkreis zu schließen
oder zu öffnen (durch die Überführung des Quecksilbers in den Hohlraum 1:2 des Blockes,
Fik. 5).
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Wenn die Stromstärke einen bestimmten Wert überschreitet, für den
der Apparat eingestellt ist, wird der Strom in gleicher Weise wie durch eine Sicherung
unterbrochen.
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Nach der Stromunterbrechung genügt eine einfache Bewegung des Knopfes,
um den Stromkreis wieder zu schließen, genau in gleicher Weise, wie die s- durch
einen Schalter geschehen könnte. Wenn man den Apparat als Strombegrenzer statt als
Schalter benutzen will, wählt man die Ausfülirungsform nach
Fig.
ig. In diesem Falle ist die Fläche, aui der sich der Quecksilberfaden entwickelt,
leicht geneigt. -
Die Fig..2o-betrifft den Schalter und trägt zu diesem Zwecke
eine Rinne, die das Quecksilber aufnimmt und es festhält, bis durch eine Drehung
des Knopfes diese Rinne geleert wird und die normalen Verbindungen wiederhergestellt
sind. -
Die Fig. 15 bis 18 zeigen eine Einrichtung, die als einfacher Schalter,
Sicherung oder selbsttätiger Ausschalter wirken kann. In diesem Falle ist d.er Apparat
zweipolig und für Wechselstrom bestimmt. Diese Anordnung verwertet die Ausführungsform
nach Fig. 9 und io. Ein zweipoliger Block 68 mit Näpfen 8o und Rinnen
8 1 sitzt auf Schrauben 83, die durch eine metallische Armierung 82
gehalten werden und auf einer isolierenden Unterlage 66 gemeinsam mit einem
Deckel 67
befestigt sind. Die Näpfe 8o sind mit Schrau-'benköpfen
78 verbunden, die mit biegsamen Streifen 79, die mit den Verbindungsklemnien
87 zusammenhängen, in Kontakt stehen. Der magnetische Kraftlinienfluß wird
durch die Bündel dünner Bleche 69 und 70 geleitet, die durch eine
rechteckige öffnung 86 im zweipoligen Block hindurchragen' - Zwei
Verbindungsstücke 71 und 72 halten die beiden Blechbündel mittels Schraubenbolzen
76 und Schrauben 77 zusammen. Das Magnetfeld wird durch die Spulen
75 erzeugt.
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Der Handgriff 2,9 trägt einen kleinen Bolzen 88, der durch
eine Feder 89 in die Ausschnitte gi, 92, 93 des Gehäusedeckels gepreßt
wird. Der Schalter kann also in drei verschiedene Stellungen gebracht werden.
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Die Fig. 21 und 22 zeigen, wie der Apparat als Sicherung oder als Strombegrenzer
verwendet werden kann. Die Fig. 21 zeigt den Block in der Stellung für die Sicherung,.wobei
das, Quecksilber nach der Stromunterbfechung in der Rinne 81 liegt.- Die Fig. 22
zeigt die Einrichtung als Strombegrenzer, wobei der Block um i8o' gedreht ist. In
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Falle fließt das Quecksilber nach der Stromunterbrechung auf der
geneigten Fläche zurück und stellt die Verbindung wieder her.
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Die Spulen, die für die Erzeugung des magnetischen Flusses dienen,
können in Serie oder parallel geschaltet sein. Sie können, und dies zu dem Zwecke,
verschiedene Empfindlichkeiten einstellen zu können, Haupt- oder Nebenstromwicklungen
aufweisen und gleiche_ oder entgegengesetzte magnetische Wirkungen ausüben.
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Die Apparäte können für eine beliebige Anzahl von Stromkreisen verwendet
werden. Es genügt, mehrere einpolige Apparate übereinanderzulegen, damit dasselbe
Magnetfeld auf verschiedene Blöcke einwirken kann. Die Blöcke selbst sind aus Isoliertnaterial
hergestellt, vorzugsweise aus Glas, Porzellan oder Quarz. Die Wirkung ist um so
besser, je
reiner und trockener das Quecksilber ist. Es ist empfehlenswert,
die Blöcke luftleer zu machen und sie mit Leuchtgas oder reinem und trockenem Wasserstoff
zu füllen.
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Wenn die Apparate auf Wagen montiert werden sollen, kann man an Orten,
wo Stöße zu befürchten sind, eine elastische Aufhängung anwenden, um den Onecksilberfaden
vor Erschütterungen zu schüizen. In zahlreichen Fällen, besonders bei Apparaten
für Gleichstrom, können die magnetischen Spulen weg-.gelassen und vorteilhafterweise
das Magnet-. feld durch ein dickes Blech oder ein Blechbündel, das einen permanenten
Magneten gleicher Stärke bildet, erzeugt werden.