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Hitzdrahtnießgerät Die Erfindung betrifft ein Hitzdrahtmeßgerät zum
Messen von Gleich- und Wechselströmen, insbesondere von hochfrequenten Wechselströmen,
die beispielsweise für Zwecke der Diathermie und der Radiotherapie Verwendung finden.
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Die bekannten Hitzdrahtmeßgeräte sind wie folgt eingerichtet: Zwischen
zwei leitende Klötze ist ein Hitzdraht oder ein Hitzband von sehr hohem Widerstand,
z. B. aus Platiniridium oder Platinsilber, eingespannt. Dieser Hitzdraht steht mit
der Lötstelle eines Thermoelements in leitenderVerbindung. Das Thermoeleinent bestehtaus
zwei aneinandergelöteten Drahtzweigen aus zweierlei Metallen, die in der Thermoreihe
möglicbst weit auseinanderstehen, wie z.B. Manganin und Konstantan. An die freien
En-den dieser Drahtzweige, d. h. des Thermoelements, ist mit Verbindungsdrähten
die Drehspule eines Deprezinstrumentes angeschlossen.
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Der zu messende Strom wird durch den Hitzdraht geschickt und erhitzt
diesen. Dessen Hitze überträgt sich auf die Lötstelle des Thermoelements, an dessen
freien Enden dadurch eineSpannungsd-ifferenzentsteht. Diese wird durch das Deprezinstrument
gemessen. Der Zeiger der Drehspule dieses Instrurnentesgibt auf der Skala die Amperezahl
des durch den Hitzdraht geleiteten Stromes an. Diese Thermogalvanometer haben den
Nachteil einer sehr großen Empfindlichkeit gegen Überlastung, Schon bei verhältnismäßig
geringer Überlastung brennt ihr Hitzdraht durch. Eine Sicherung gegen dieses Durchbrennen
haben s ie nicht. Die jedem Thermogalvanometer beigegebene Verschrift, die
Belastung dürfe den Meßbereich nur wenig, z. B. nur um 150/" überschreiten, kann
keineswegs als Sicherung gelten, weil letztere lediglich von der Aufinerksamkeit
der Bedienung abhängig ist.
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Die Erfindung strebt erstmals an, den Hitzdraht der geschilderten
bekannten Hitzdrahtmeß,-eräte auch noch bei bedeutender Überlastung selbsttätig
gegen Durchbrennen zu schützen und jede gefährliche Überlastung anzuzeigen. Zu diesem
Zweck besteht die Er-
findung im wesentlichen darin" daß dem Hitzdraht eine
Binietallfeder derart gegenübergestellt ist,daß sie unter der von dem überlasteten
Hitzdraht ausstrahlenden Wärme sich stä"rl<:er krümmt und dadurch den Hitzdraht
größtenteils kurzschließt. Von dem Augenblick an, in. welchem die-B-imetallfeder
die Kurzschlußleitung bildet oder sich in eine solcheeinschaltet, wird sie vom Hauptteil
des Stromes durchflossen. Durch die dadurch sich in ihr entwickelnde Joulesche Wärme
erfährt die Bimetallfeder eine zusätzliche Krümmung# die auf Sicherung des schon
gebildeten Kurzschlußkontaktes hinwirkt. Andererseits nimmt die Erwärmung des Hitzdrahtes
sofort nach seineir Kurzschließung ab. Er strahlt also keine merklicheWärme mehr
auf die Binietallfed:er aus, welche sich infolgedessen wieder zu strecken und den,
von ihr gebildeten Kontakt wieder aufzuheben sucht. Man kann Zusainmensetzung, Querschnitt,
Federkraft, und
Anordnung der Bimetallfeder g(#genüber dem Hitzdraht
nun so ausprobieren, daß der Kurzschlußkontakt vor Eintritt einer gefährlichen Hitzdrahterhitzung
sich sch-Jießt und wähTend der ganzen Dauer der gefährlichen Überlastung bis zu
der-en Behebung geschlossen bleibt. Der Zustand der gefährlichen überlastung wird
dann durch Rückgang des DrehspuJenzeigers auf einen betriebsmäßig un,-wahrscheinlich
niedeien Skalenstrich und durch ruhiges Verbleiben des Zeigers auf diiesein Strich
angezeigt.
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Man kann Zusammensetzung, Querschnitt, Federkraft und Anordnung der
Bimetallfeder gegenüber dem Hitzdraht aber auch so wählen, daß der KurzschJußkontakt
wechsel--weise sich schließt und öffnet und diese die Z, Crefährliche überlastung
bekundende Erscheinung durch bis zur Behebung der überlastung andauerndes Hinundherschwingen
des Zeigers angezeigt wird,. Dieser braucht dabei nicht fast bis auf Null oder weit
unter den betHebsmäßigen Stromwert zurückzugehen, sondern der Skalenbereich, innerhalb
dessen das regelmäßige Hinundherschwingen des Zeigers erfolgt, kann dann an beliebiger,
auch an betriebsmäßig wahrscheinlicher Stelle liegen; denn das Zittern des Zeigers
läßt ja an der beheb-Lingsbedürftigen Überlastung keinen Zweifel. Abkühlung
des überhitzten Hitzdrahtes duTch Kurzschluß führt zur Aufhebung des Kurzschlusses
und diese wiederum zur Überhitzung des Hitzdrahtes und zum Schließen des Kurzschlußkontaktes.
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Die Schaltung zwischen Bimetallfeder und Hitzdruht kann verschieden
sein. Beispielsweise zeigen Abb. i deren Parallelschaltung und Abb. 2 eine Hinitereinanderschaltung
der freien Bimetallfeder mit dem Hitzdraht und der kontaktgebenden Bimetallfeder
mit einer Kurzschlußrückleitung.
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Mit Bezug auf Abb. i ist zwischen zwei an die Stromleitung
a, b angeschlossene leibende Klötze c, d der Hitzdraht
f eingespannt. Durch die Verlängerung g des einen Zweig -es h des
Thermoelements h, i steht der Hitzdraht mit der Lötstelle k des Thermoelements
in leitender Verbindung. An die fireien Enden 1, in des Thermoelements ist
duTch Leitungenn, o die den Zeiger p beherrschende Drehspule q des Im übrigen
nicht dar-gesüelltenDep,rezinstrumentesangeschlossen, welches die Spannungsdifferenz
zwischen den freien Enden 1, wt mißt.
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Nach beiden Schaltbildern ist der Erfindung gemäß dem Hitzdraht
f eine Eimetallfeder r, s derart gegenübergestellt, daß sie unter
der von dem Überlasteten Hitzdraht ausstrahlenden Wärme sich stärker krümmt und
dadurch den Hitzdraht größtenteils kurzschließt. Die Bimetallfeder besteht bekanntlich
aus zwei aufeinandergewalzten oder sonstwie innig miteinander verbundenen Streifenr,
s aus Metallen mit sehr verschiedenen Wärrneausdehnungskoeffizienten. Der Str-eifenr
mit dem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten wird dem Hitzdrahtf zugekehrt und
liegt innen in dem Federboggen, Er kann z.B. aus Eisen bestehen, während der äußere
Streifens- aus Zink besteht. Die ETmittelung der günstigsten Zusammensetzung der
Bimetallfeder ist Sache der Ausprohierung.
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Nach Abb. i ist die Bimetallfeder mit dem Klotzc, der dem I-Iitzdrahtf
den Strom zufüihrt, leitend verbunden und so gekrümmt, daß ihr freies Endet bei
hetriebsmäßigem Strom den Stromabführklotz d gerade noch nicht berührt. Wird
die Belastung des Hitzdrahtes unzulässig hoch, so krümmt sich unter der vom Hitzdrahi
ausstrahlenden größeren Wärme die Birnetallfeder so starrk, diafl, sie mit dein
Klotz d Kontakt macht. Der Strom fließt dann größtenteils durch die ihm weniger
Widerstand entgegensetzende Bimetallfeder und nur zum verbleibenden geringeren Teil
durch den Hitzd.raht. Dieser kühlt sich also wieder ab. Von ihrer Kontaktschließung
an wird die Binietallfeder aber auch durch dien durch sie fließenden Strom von innen
heraus erwä.rmt (joulsche Wärme). Der Grad dieser Erwärmung hängt von dem Bimetallquerschnitt
oder genauer gesagt von dein Widerstand ab, den der Bimetallquerschnitt dem Stromdurchgang
entgegensetzt. Man kann diesen Widerstand und die auf Aufhebung des Kontaktes hinNvirkende
Federkraft der Bimetallfeder so wähli en, daß letztere von Beginn bis Behebung der
überlastung Kontakt macht und der Zeiger p auf ein-en betriebsmäßig ganz
unwahrscheinlich niederen Skalenstrich zurückgeht und bis zur Behebung der Überlastung
auf diesem oder ganz in dessen Nähe bleibt. Andie--ser Zeigerstellung erkennt man
die Überlastung.
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Sicherer erkennt man diese jedoch an dem langsamen Hinundherscliwingen
des Zeigers, das dadurch veranlaßt werden kann, daß die Bimetallfeder unter der
Abkühlung des fast kurzgeschlossenen Hitzdrahtes sich wieder von ihrem Kontaktbock
d abhebt und bei dadurch wieder steigender Hitzdrahterwärinung sich wieder
auf ihren Kontaktbock aufklemmt. Die geschlossene Binietallfeder ist hier mit dem
Hitzdraht parallel geschaltet.
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Nach Abb. 2 ist der Hitzdraht f nicht direkt, sondern durch
die Bimetallf eder r, s,
eine von dieser abgezweigte Dra.htleitung u und einen
Zwischenklotz v mit dem Zufährungsklotz c verbunden, während der Kontaktklotz
d durch eine besondere Kurzschlußrückleitung
w mit dein
Stromabführklotz x in Verbindrung steht. Der Betriebsstrom macht den Weg a, C,
r s, it, v, fl x, b. Der Überlastungsstrom macht dagegen
nach Schließung des Kontaktes d, t größtenteils den Weg a,
C, r S, t, d, w, x, b, auf dem er den geringeren Widerstand
zu überwinden hat und mit seinem kleinen Rest den Weg a, c, r s, u, v,
f, x, b.
. Nur -h hierbei kamen die Verhältnisse so gewählt
werden, daß der Zeiger entweder auf einen außerordentlich niederen Skalen-wert zurückgeht
und während der Überlastung auf diesem bleibt oder daß der Zeiger auf einen bestimmten
Skalenpunkt, der auch im Betriebsbereich liegen kann, zurückgeht, vorschwingt und
wieder auf diesen Punkt zurückgeht usw., bis die Überlastung behoben ist. In Wirklichkeit
wird die Bimetallfeder auch bei dieser Schaltung dem Hitzdrahlt näher liegen, als
inder Zeichnung dargestellt.