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Liberspannungsschutz Die Erfindung bezieht sich auf einen Cber-,pannungsschutz.
Das Wesen der Erfindung fiusteht darin, daß b; i der Anordnung einer Feinsicherung
(z. B. Glimmröhre) und einer Grobsicherung (Funkenstrecke), die zueinander parallel
liegen, die Feinsicherung bei ihrem Ansprechen durch einen vom abfließenden Erdungsstrom
el:ktrotnagnetisch, thrrmisch oder auf beide Arten beeinflußten Schalter abgeschaltet
wird. Hierdurch wird erreicht, daß schwache Überspannungen durch den Feinschutz
abgeleitet werden. während bei plötzlich auftretenden höheren Überspannungen der
Grobschutz mit zur Ableitung dient un,l so der Feinschutz bis zu einem gewissen
Grad geschützt ist und bei starken ',`berspannungen und infolgedessen kräftigeren
Überströmen nach Abschalten des Feinschutzes der Grobschutz allein die Ableitung
übernimmt.
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Durch die kombinierte Anordnung läßt sich auch erreichen, claß die
bei elektromagnetischer Bewegung der Schaltanordnung verwendete Schaltspul: gleichzeitig
als Blasspule für den Grob- und Feinschutz dient und daß diese Spule, die -nur kurzzeitig
beansprucht ist, gleichzeitig als Vorschaltwiderstand dient und den bei Überschlag
nachfließenden -Netzstrom begrenzt. Dabei kann die Spule gegebenenfalls als Widerstandsmaterial
hergestellt sein.
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Es ist an sich belanglos, welche Art des Feinschutzes gewählt wird,
ob sehr fein eingestellte T'unkenstrecken oder oli Glimniröhren; das hängt davon
ab, «-elche Beanspruchungen zu erwarten sind. Wenn Glimmröhren verwendet werden,
so müßte dafür gesorgt werden, daß diese verhältnismäßig hohe Stromstöße vorübergehend
aushalten, damit der Feinschutz an sich schon ziemlich hohe Überspannungen ableiten
kann, ohne daß er zerstört wird, und damit ferner die durch ilie Glimmröhre fließenden
Ströme mit Sicherheit ausreichen, die Schaltungen zu bewirken.
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Statt eines Feinschutzes könnte man auch einen Widerstand verwenden,
doch müßte der Widerstandswert sehr hoch gewählt werden, damit bei der -Netzspannung
keine zu großen Stromverluste eintreten können. Geeignet wären solche Widerstände,
die im kalten Zustande, d. 1i. bei der Netzspannung, hohe Werte aufweisen und deren
Widerstand erst bei Belastung sinkt.
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Statt eines gewöhnlichen Widerstandes könnten auch Halbleiter verwendet
werden bzw. Mischungen von beiden, die die oben angedeutete Eigenschaft besitzen.
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Die Schaltungen, in denen Grob- und Feinschutz zueinander angeordnet
sind, können verschiedenartig sein, sie sind weiter unten an Hand der Abbildungen
beschrieben. Die Betätigung der Schaltungen kann am besten elektromagnetisch erfolgen,
da an sich eine Spule erforderlich ist, um die Blaswirkung hervorzurufen. Für besondere
Fälle ist aber auch eine Schaltung durch einen Thermostaten erwünscht, besonders
dann, wenn die Schaltungen mit gewissen Verzögerungen
erfolgen sollen.
So ist es gegebenenfalls praktisch, daß das Abschalten der Gliinmrölire (Feinschutz)
schnell erfolgt, ihr Wiedereinschalten dagegen langsam. Hierdurch würde die Gliinmrölire
möglichst geschont, denn sie wird bei einer bestimmten Belastung schnell abgeschaltet,
während andererseits verhindert wird, daß sie «-feder zum Grobschutz parallel gelegt
wird, wenn noch höhere Überspanilungen bestehen.
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Statt nun Schaltvorrichtungen gesondert von der Glimmröhre (Feinschutz)
anzubringen, könnte man auch die Schaltvorrichtungen mit oder ohne Spule innerhalb
der Glimmröhre anbringen. Wenn eine Unterbrechungsvorrichtung zuin Abschalten der
(iliinnirölire,gleichzeitig in die Glimmröhre hineingelegt wird, so könnte durch
die Füllung vier Glimmröhre mit besonderen Gasen auch innerhalb der Röhre für ein
schnelles Löschen der Lichtbögen gesorgt werden.
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Wird die Anordnung in einer solchen Röhre untergebracht, so könnte
- man durch entsprechende Metallarmierungen oder Metallumhüllungen für bessere Ableitung
der Wärme sorgen.
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Abb. i und 2 zeigen verschiedene Schaltungen des iüberspannungsschutzes.
In Abb. i liegt der Feinschutz i -parallel zur Funkenstrecke 2. Mit beiden
hintereinander geschaltet ist die . Spule 3. Ein Widerstand .I kann noch vor diese
Spule geschaltet werden, wenn sie nicht in sich genügend hohen U'iderstand besitzt.
Gegebenenfalls könnte noch ein Widerstand als Schutzwiderstand parallel zur Spule
3 gelegt werden. Ein Schalter 5 trennt bei G die Glimmröhre ab, wenn der Strom über
einen gewissen Wert ansteigt, so daß dann die I'berspannung über den Grobschutze
(Funkenstrecke), die SI)ule 3 und den Widerfand .4 abfließt.
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Bei der Anorclmuig nach Abb. 2 liegt ebenfalls parallel zum Feinschutz
eine Schutzfunkenstrecke, die bei steigendem Strom durch den Schalter ; geschlossen
wird. der gleichzeitig bei 0 unterbricht und so dort einen Grobschutz schafft. Die
Grüße (her Funkenstrecke bei ei läßt sich entweder fest einstellen oder aber auch
so einrichten, (laß sie allmählich wächst und den Lichtbogen zum Abreißen bringt.
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Es wird also stets unter Einfluß des durch die Überspannung erzeugten
Stromes ein Schalter bewegt, der bei steigenden, Strom den Feinschutz schützt, so
(laß -bei stärkeren Strömen der Grobschutz (hie Ableitung übernimmt. an dein dann
unter Einwirkung der Blasspule der Lichtbogen gelöscht wir(,. Zur Löschung dieses
Lichtbogens können die Gbertrittsstellen des Grobschlitzes, wie . in Abb.3 und 5
dargestellt, besonders geformt sein. In den Abb. 3, 4. und 5 ist die Anordnung nach
Abb. r in Ausführungsformen dargestellt. Als Feinschutz dient die Glimmröhre i.
deren einer Pol Q in der Mitte der Röhre sitzt und nach oben aus der Röhre herausstellt.
Nach unten dtircll(Irin#yt er die Röhre flicht. Das obere Ende des Pols 8 legt sich.
gegen ein federndes Kontaktstuck () (s. Abb. .41. a ist befestigt an einem Arm 13
aus Isolierstoff, der auf der äußeren L-mhüllun g rd., in der auch die Blas- und
1-Iagiletilole 12 (Abb. 3 und 5) sitzen, befestigt ist. Der äußere Pol i o der Röhre
i, der einfach als Belag auf der Röhre niedergeschlagen oder in die Röhre hineingeführt
sein kann, erhält Kontakt finit dein Eisenrohr 1$ (Abb. 3), an dem sich oben die
Poltücke i i befinden. Diese Polstücke i i werden zweckmäßig als Rinn auf Rohr 1ß
aufgeschraubt und halten gleichzeitig die Gliiiiillröhre fest. Der Schalter 5 besitzt
einen Anker 15 (Abb. .I und 5), der an einer Feder i (i befestigt ist. Die Feder
16 kann durch eine beso id:re Schraube 1; einstellbar sein, so daß sie sowohl bei
g genügenden Kontakt hat als auch von den Polen i i und 12 (Abb. ; 1 den richtigen
Abstand. Bei Stromdurchgang wird der Anker i; angezogen und unterbricht bei g. so
daß der Mittelpol der Röhre abgeschaltet ist. Der Anker 15 darf aber die Pole 11
und 12 nicht überbrücken: er inuß also an der Unterseite mit Isoliermaterial so
belegt sein, (laß er immer noch in entsprechendem Abstand von 11 nild 12 bleibt.
Diese Isolierung kann so getroffen sein, daß sie nach außen über .dein Anker 15
ziemlich vorsteht: ihre Dicke ist entsprechend der Funkenstrecke bzw. der Überschlagsspannung
einzurichten.
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Die Spule 3, die zur Betätigung der Schaltvorrichtung und zum Blasen
dient, befindet sich in deni eiseilumhüllten Raum, so daß ein Topfmagnet entsteht.
Innenpol und Außenpol sind gegeneinander isoliert. Das Äußere der Eisenhülle ii
kann verlängert sein,-so daß es sich gegebenenfalls direkt auf den Widerstan;l 4.
aufsetzt. Hierdurch wird es leicht möglich, den Widerstand 4. auszutatiscli: n und
so den Apparat für verschiedene Gebrauchsspannungen zu verwenden. Dabei kann Vorsorge
getroffen werden, (iaß rin Vertauschen unmöglich ist. Der Abstand (her Pole i i
und 12, die funkenhörnerartig ausgebildet sein können, kann je nach der Spannung
verschieden gewählt werden; es wäre dann einfach der auf io (Abb. 3) aufgeschraubte
Ring mit einem angepaßten Durchmesser zu wählen. In den Polhörnern i i und 12 können
gegebenenfalls auch Schrauben zum genauen Einstellen der Funk;#nstrecke angebracht
werden. Die ganze Anordnung kann in Patronenform gebaut «-erden, so daß sie sich
direkt in ein normales Siclicrtnigselenient einschrauben
läßt; sie
könnte aber auch so Hergestellt werden, ,daß sie in ihren äußeren Abinessungeneinem
Sicherungselement entspricht. Dabei kann dieses Sicherungselement so -ebaut werden,
daß es isolierte Teile in einem Metalleinsatz besitzt und (laß diese 1letallunihüllung
den Erdpol darstellt. Der Erdpol könnte die ganze Anordnung in der Hauptsache umhüllen.
Aucli für Freileitungen ließe s s ich eine derartige Anordnung herstellen.
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Hier wären zwei Ausführungsmöglichkeiten gegeben. Bei der einen erfolgt
die Aufhängung, wie A:bb. 6 zergt, am isolierten Teil, der wie eine Schutzglocke
von oben auch gleichzeitig als Regenschutz das Ganze abdeckt. Bei der anderen Anordnung
(Abb. 7) erfolgt die Befestigung am geerdeten Teil, und der geerdete Teil schützt
den inneren isolierten Teil.
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Wenn auch das Löschen des Lichtbogens in der Regel durch die Blaswirkung
der Spule erreicht wird, so könnte man dies noch beschleunigen oder sicherer gestalten.
indem man die Funkenstrecke deas Grobschutzes veränderlich macht. Dies ist besonders
erwünscht, uni sicher zu erreichen, daß der nachfolgende Leitungsstrom nicht unnötig
lan-s fließt. Würde man z. B. die Funkenhörner i i und 12 (Abb. 3 Lind 5) finit
dem-Schalter 5 (Abb. 2) beweglich machen, so könnte bei wachsendem Strom nach dem
Abschalten der Röhre die Funkenstrecke vergrößert werden, so daß mit Sicherheit
dann ein Abreißen des Lichtbogens erfolgt. Es ist nicht unbedingt erforderlich.
daß die beiden Bewegungen gekuppelt werden: die Bewegungen des Schalters 5 und die
der Bewegungsvorrichtung der Funkenhörner können getrennt erfolgen. So könnte z.
B. di4 Länge des Lichtbogens durch einen Thermostaten reguliert werden. Es könnte
aber auch die Bewegung des Schalters j durch kombinierte elektromagnetische und
thermische Wirkung erfolgen.
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Bei allen Schaltungen läßt sich aber leicht erreichen bzw. es ergibt
sich automatisch. (laß nach A1leiten der Überspannung die Anordnung sofort wieder
betriebsbereit ist: Soll die Röhre den Abschaltmechanismus iin Innern enthalten,
so werden zweckmäßigerweise beide Pole natürlich in das Innere der Röhre geführt.
In Abb. 8 ist eine Anordnung angedeutet, bei welcher eine thermisch bewegte Feder
2o in der Zuleitung des einen Pols sitzt; bei Stromdurchgang wird die Feder erwärmt
und bewegt sich vom 1'o1 fort, so daß eine Unterbrechung eintritt. Statt dieser
thermischen Unterbrechung könnte auch eine von der äußeren Spule gesteuerte elel:troniagnetisclie
Unterbrechung _ ähnlich Abb. () erfolgen.
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Bei diesen Anordnungen wird zweckn'<ißigerweise, um die Röhre nicht
zu groß «-erden zu lassen, die Spule außerhalb der ltö lire angebracht, sie kann
allerdings auch ini Innern liegen.
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Die Dimensionen der Spule 3 sind im wesentlichen -:geben durch die
Bewegungskraft, die erforderlich wird. Wird die Spule hierfür richtig dimensioniert,
so wird sie im allgemeinen auch für die Blaswirkung ausreichen. Da die I. berspann.ungen
in der Regel nur kurzdauernd sind und der nachfließende N etzstrom bei richtiger
Wahl der Funkenlänge und Blaswirkung nur ganz kurzzeitig fließt, so kann die Spule
aus dünnen Drähten gewickelt werden, so daß ihr Eigenwiderstand in den meisten Fällen
ohne Vorschaltwiderstand zur Begrenzung des Netzstromes ausreicht, doch lassen sich
leicht auch Vorschaltwiderstände,-die je nach der Netzspannung verschieden groß
gewählt sein können, zur Strombegrenzung einsetzen.
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Eine wesentliche Sicherheit kann dadurch erreicht werden, claß, wie
z. B. in Abb. 2 angedeutet. die Entfernung des Grobschutzes veränderlich -;-macht
wird und so der Lichtbogen in die Länge gezogen wird. Der in die Länge gezogene
Lichtbogen ist leicht unter Blaswirkung zu löschen.
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Soll_ nach der Anordnung gemäß- Abb. 3 bis 5 der Lichtbogen bei Stroiniibergang
vergrößert werden, so kann einfach, wie in Abb. io angedeutet, der ovale Pol i i
gedreht werden. Die llininialabstände werden hierdurch verringert, und je nach rler
Gestaltung des Pols kann.. eine schnelle oder langsame _lnderung der Lichtbogenlänge
erfolgen. Die Bewegung kann entweder thermisch oder elektromagnetisch bzw. kombiniert
erfolgen, so daß nach Überschreiten einer gewissen Stromstärke ein schnelles Verlängern
des Lichtbogens erfolgt, während der Rückgang langsam vor sich geht.
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U in zu zeigen, wie der Einbau gegebenenfalls bei gedrängter Form
(Stöpselanordnung) durchgeführt werden kann, ist in Abb. i r bis 1.4 eine Ausführungsform
finit Grundriß dargestellt. Die Röhre r bildet die ochse der ganzen Anordnung, sie
sitzt innerhalb der Spule 3, die einen Topfmagneten erregt. Der Topfmagnet besteht
aus den beiden Schenkeln 31 als Innenpol und dein Außenpol 32. Die Funkenstrecke
wird gebildet durch die Polstücke i i und 12. 11 :ist beweglich und gleitet (s.
Abb. 12) auf zwei Führungsstiften 33. Das Polstück i i-i i schaltet von dem Kontakts
u k 34 die Röhreab, wenn. Strom hindurch.-t"c Z, Cycht. Wächst der Strom,
so wird iiiit wachsendem Strom (las Polstück i i dem Innenpol 3r mehr genähert uii:d'hier@lurch
die Funkenstrecke v"i-größert. Das Polstuck ii steht mit den' 1111-1e111)01 31-
durch eine heller 35 in Ver-
Bindung, die das Polstück in der Ruhelage
festhält. Der Schraubkopf 36 des Stöpsels besitzt zwei Auspufföffnungen 37 für den
Lichtbogen, die .durch Siebe 38 abgeschlossen sein können, um dem Funken seine Zündkraft
zu nehmen. Die Polstücke 12 können vom äußeren Pol 32 durch Schlitze abgetrennt
sein, so daß sie für sieh beweglich sind. Mit Schrauben 39 kann dann die Funkenstrecke
entsprechend eingestellt werden. Am Schraubkopf kann sowohl an den Einstellschrauben
39 als auch noch an anderer Stelle eine Vorrichtung zum Plombieren angebracht sein.
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In Abb. i q. ist die Ausführung gegen Abb. 12 insK>fern verändert,
als das Polstück i i an einer Feder 40 befestigt ist. Der Kontakt gegen die Röhre
i erfolgt an der Röhrenzuleitung 41 durch .die Feder 42. Die Feder 42 erhält ihren
Strom durch das Widerlegen gegen das Polstück i i, das andererseits wieder in Verbindung
steht durch die Feder 4o mit dem Innenpo13i und der Spule 3. Statt den Deckel
aufzuschrauben, könnte man den Deckel auch aufschieben, damit er nicht zu tief hineingedreht
wird. Wird er eingeschraubt, so müssen Anschläge vorhanden sein, um die Stellung
zu fixieren.
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Der Vorschalt"viderstand kann in verschiedener Weise angeordnet sein.
Entweder kann er im Element unten sitzen, so daß sich der Stöpsel einfach dagegenschraubt,
oder aber er kann einen Bestandteil des Stöpsels bilden. Es ist dann, wie in Abb.
13 dargestellt, der Fuß des Stöpsels 43 als Widerstand ausgebildet, wobei der Fußkontakt
am unteren Ende des Widerstandes sitzt. Wenn der Widerstand nicht fest mit dem Stöpsel
verbunden werden soll, so kann er auch einfach in den Fuß eingeschoben werden; er
legt sich dann einfach zwischen Fußkontakt des Elementes und Fußkontakt des Stöpsels.