DE609544C - Elektrischer, durch Waermeausdehnung mechanisch parallel, elektrisch in Reihe geschalteter Draehte oder Baender gesteuerter Schalter - Google Patents

Elektrischer, durch Waermeausdehnung mechanisch parallel, elektrisch in Reihe geschalteter Draehte oder Baender gesteuerter Schalter

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DE609544C
DE609544C DESCH90812D DESC090812D DE609544C DE 609544 C DE609544 C DE 609544C DE SCH90812 D DESCH90812 D DE SCH90812D DE SC090812 D DESC090812 D DE SC090812D DE 609544 C DE609544 C DE 609544C
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DE
Germany
Prior art keywords
electrical switch
wires
switch according
expansion
turns
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Expired
Application number
DESCH90812D
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Ernst Rozumek
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BIRKA REGULATOR GmbH
Original Assignee
BIRKA REGULATOR GmbH
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00Thermally-actuated switches
    • H01H37/02Details
    • H01H37/32Thermally-sensitive members
    • H01H37/46Thermally-sensitive members actuated due to expansion or contraction of a solid
    • H01H37/50Thermally-sensitive members actuated due to expansion or contraction of a solid with extensible wires under tension

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Description

  • Elektrischer, durch Wärmeausdehnung mechanisch parallel, elektrisch in Reihe geschalteter Drähte oder Bänder gesteuerter Schalter Es gibt bereits Schalter, die durch die infolge der Stromwärme auftretende thermische Längenänderung von Metallteilen betätigt werden. Die benötigten Steuerstromstärken sind hierbei jedoch groß und die Schalter selbst sehr träge. Es-ist daher bereits vorgeschlagen worden, die temperaturempfindlichen Organe in Form von Drähten anzuordnen, die mechanisch parallel, elektrisch dagegen in Reihe geschaltet sind. Es ist jedoch bisher nicht ge-Iüngen, mit solchen Schaltern bei verhältnismäßig kleinen Steuerströmen auch nur einigermaßen nennenswerte Leistungen zu schalten, es sei denn, daß eine aufgespeicherte Energie benutzt wurde, die durch die Längenänderung lediglich ausgelöst wurde und die selbst die Schaltung bewirkte. Es war daher auch nicht möglich, solche Schalter als Schütze auszuführen.
  • Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, Schalter mit mechanisch parallel, elektrisch in Reihe geschalteten Drähten in evakuierte, vakuumdicht abgeschlossene Gefäße einzuschließen.
  • An sich sind Schalter, deren Kontakte sich im Vakuum befinden, bereits bekannt. Jedoch wurden derartige Schalter bisher entweder durch indirekt beheizte Metallteile oder durch einzelne direkt beheizte Drähte betätigt. Dies Schalter haben den Nachteil, daß sie erst nach verhältnismäßig langer Zeit ansprechen und einen hohen Steuerstrom benötigen.
  • Erst die Kombination von Drähten, die mechanisch parallel und elektrisch in Reihe geschaltet sind bei gleichzeitiger Verwendung von Vakuum, gibt die Möglichkeit, bei sehr kleinen Steuerströmen verhältnismäßig hohe Leistungen betriebssicher abzuschalten.
  • Die Verhältnisse seien in folgendem kurz erläutert Erstens genügen zur Abschaltung im Vakuum Schaltwege von der Größenordnung eines tausendstel Millimeters. Zweitens braucht der Kontaktdruck nur einen kleinen Bruchteil des in der Atmosphäre erforderlichen Druckes zu betragen, da eine Oxydation der Kontakte durch ihre Eigentemperatur, selbst wenn diese bis nahe an den Erweichungspunkt getrieben wird, nicht auftreten kann. Hieraus ergibt es sich, daß nur sehr kleine Energien zur Abschaltung erforderlich sind. Bei der Auswahl des Ausdehnungsdrahtes braucht man sich nur nach dessen mechanischen und elektrischen Eigenschaften zu richten, da eine Verzunderung selbst bei den höchsten Temperaturen nicht eintreten kann. Bei Verwendung von Vakuum genügt infolge der besseren Wärmeisolation ein Bruchteil der Stromstärke, die erforderlich ist, um den Draht in --der Atmosphäre auf die gleiche Temperatur zu erhitzen.
  • Infolge der verhältnismäßig raschen Kontaktbewegung, die wegen der kleinen Durchmesser der dünnen Ausdehnungsdrähte auch im Vakuum auftritt, wird außerdem die sonst bei Vakuumschaltern gefürchtete sog. Glühpunktbildung zwischen den Kontakten, d. h. die Erhitzung molekularer Metallteile auf die Schmelztemperatur, so weit vermindert, daß die Lebensdauer der Kontakte selbst bei Spannungen von mehr als tausend Volt und sogar bei Gleichstrom, praktisch -unbegrenzt ist.
  • Hieraus geht hervor, daß die Kombination gemäß der vorliegenden Erfindung es ermöglicht, bei sehr kleinen Steuerstromstärken, die außerdem noch induktionsfrei sind, sehr hohe Leistungen ab- und zuzuschalten, wobei die Ansprechzeiten eines derartigen Schalters nur einige Sekunden betragen. Beispielsweise ist es möglich, mit einem Steuerstrom von etwa 2o mA Stromstärken von etwa =o Ampere und mit einem solchen von etwa 5o mA Ströme von etwa 5o Ampere bei den gebräuchlichen Netzspannungen vollkommen betriebssicher zu schalten.
  • Die Verwendung von Drähten bis herab zu den kleinstmöglich hersteIlbaren Durchmessern ist dadurch ermöglicht, daß sie jedem Angriff durch die Atmosphäre vollkommen entzogen sind und daß sie zur Schaltung nur sehr kleine Energien aufzubringen haben. Bei Verwendung derartig kleiner Durchmesser läßt sich ferner, was ein weiterer Vorteil ist, der Widerstand leicht so bemessen, daß man derartige Drahtwicklungen direkt oder unter Vorschaltung eines nur kleinen Widerstandes an die Netzspannung legen kann.
  • Die Erfindung macht sich ferner eine -bis dahin kaum gekannte Eigenschaft dünner Drähte zunutze, die darin besteht, daß solche dünnen Drähte mechanisch spezifisch höher belastet werden können als stärkere Drähte.
  • Die Erfindung sei an Hand der beiliegenden Abbildungen in einigen Beispielen näher erläutert.
  • Abb. = zeigt einen thermisch gesteuerten Schalter in Vorder- und Seitenansicht. Die Stromschiene i trägt den festen Kontakt z. An dem, oberen Ende der Stromschiene 3 ist eine Feder 4 befestigt, deren Federkraft den auf ihr befestigten beweglichen Kontakt 5 nach oben drückt. Der Ausdehnungsdraht 6 ist über zwei Rollen 7 und 8 aus Isoliermaterial gewickelt. Die Enden des Ausdehnungsdrahtes sind mit g und =o bezeichnet. Die Rolle 7 ist mittels des Bügels =i an der Stromschiene x befestigt. Die Rolle 8 ist mittels des Bügels i2 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 Kontaktfeder ¢ entspannt sich, und die Kontakte :2 und 5 öffnen sich. brach Unterbrechung des Steuerstromes kühlen sich die Windungen ebenso momentan ab, ziehen sich wieder zusammen und schließen die Kontakte. Als Zugkraft kommt an der Feder 4 die Summe der einzelnen Zugkräfte der einzelnen Drähte der Wicklung zur Wirkung, die demnach trotz Verwendung sehr dünner Drähte genügend groß ist, um ein betriebssicheres Schalten zu gewährleisten. Der Widerstand der gesamten Wicklung ist dabei so hoch, daß diese, gegebenenfalls unter Vorschaltung eines kleinen Widerstandes, unmittelbar an die vorhandene Netzspannung gelegt werden kann. Die Teile sind in bekannter Weise in ein Gefäß vakuumdicht eingeschmolzen, das - danach evakuiert wird.
  • Abb.2 stellt eine andere Ausführungsform dar, bei der die Wicklung 13 in langen Zickzackwindungen mittels der beiden Wicklungsträger 14 und 15 konzentrisch um die Kontakte 16 und 17 herumgeführt ist. Die Kontakte werden durch die Schraubenfeder 18 auseinandergezogen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß sie sich der Form eines rohrförmigen Vakuumgefäßes, in das diese Schalter gewöhnlich eingeschlossen werden, sehr gut anpaßt.
  • Eine weitere Ausführungsform zeigt Abb.3. Hier ist die Ausdehnungswicklung x9 mittels zweier Isolierrollen 2o und 21 über einen Streifen 22, und zwar in seiner Längsrichtung, gewickelt. Die einzelnen Windungen werden unter Zwischenschaltung zweier Isolierstücke 23 und 24 durch die Kontaktfedern 25 und 26 gespannt gehalten. Im stromlosen Zustand der Wicklung sind die Kontakte 27 und 28 geschlossen. Wird die Wicklung an Spannung gelegt, so dehnen sich die einzelnen Drähte aus, und die Kontakte öffnen sich. Die Anordnung hat den Vorteil, daß die Wärmeausdehnung der einzelnen Drähte in beliebiger Vergrößerung auf die Kontakte übertragen werden kann.
  • Da die einzelnen Windungen einander gegenseitig beheizen, werden sich die inneren Windungen stärker ausdehnen als die nach außen liegenden; die außenliegenden können dadurch mechanisch höher beansprucht werden. Es ist daher zweckmäßig, die äußeren Windungen entsprechend enger zu wickeln, um so eine gleichmäßige Erwärmung und Ausdehnung der einzelnen Windungen zu erzielen.
  • Der gleiche Zweck, die gleichmäßige mechanische Beanspruchung der einzelnen Windungen, wird dadurch erreicht, daß die die Wicklung tragenden Isolierrollen auf ihrer Oberfläche beispielsweise glasiert sind, um ein Gleiten der einzelnen Drähte zu ermöglichen.
  • Um eine ungleichmäßige Belastung der einzelnen Windungen zu vermeiden, wird man zweckmäßig wenigstens eine der Isolierrollen nur punktförmig aufhängen, wie dies in Abb. i gezeigt ist. Die - Madenschraube 29 dient hier als punktförmige Stütze und ermöglicht gleichzeitig die Einjustierung der Wicklung.
  • Man wird zweckmäßig den Ausdehnungsdraht aus vakuumgeschmolzenem Material herstellen, um die Verschlechterung des Vakuums im Schalter durch Austritt der in Metallteilen okkludierten Gase zu verhindern.
  • Um den dünnen Ausdehnungsdraht von den Einwirkungen der bei Vakuumschaltern sonst häufig auftretenden Entladungserscheinungen bei Öffnen der Kontakte zu schützen, wird man zweckmäßig die Wicklung gegen benachbarte spannungführende Teile abschirmen. Eine beispielsweise Anordnung eines solchen Schirmes, der aus Isoliermaterial bestehen, aber auch leitend sein kann, zeigt die Abb. i bei 30. In der Anordnung nach Abb. 2 wirkt als solcher Schirm gleichzeitig das zum Aufbau dienende Distanzrohr 31.
  • Zum Aufbau des Schalters, insbesondere für die Stromschienen, wird zweckmäßig ein Material mit geringem thermischem Ausdehnungskoeffizienten verwendet.
  • Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die angeführten Ausführungen beschränkt; diese stellen vielmehr nur einige Ausführungsbeispiele dar.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrischer, durch Wärmeausdehnung mechanisch parallel, elektrisch in Reihe -geschalteter Drähte oder Bänder gesteuerter Schalter, dadurch gekennzeichnet, daß dieser in ein evakuiertes, vakuumdicht abgeschlossenes Gefäß eingeschlossen ist. ?,. Elektrischer Schalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte in langgestreckten parallelen Windungen mit derartigen gegenseitigen Abständen angeordnet sind, daß die einzelnen Windungen sich gegenseitig gleichmäßig beheizen, somit die gleiche Ausdehnung erhalten. 3. Elektrischer Schalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungsdraht in langgestreckten Zickzackwindungen annähernd konzentrisch die Kontakte umgibt. q. Elektrischer Schalter nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte sich in einer Diagonale der rhombenförmig angeordneten Windungen befinden. Elektrischer Schalter nach den Ansprüchen x bis .¢, dadurch gekennzeichnet, daß die die Drähte tragenden Isolierrollen derartig glatte Oberflächen besitzen, daß ein Gleiten der einzelnen Drähte und damit ein Zugausgleich möglich ist. 6. Elektrischer Schalter nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungsdraht aus vakuumgeschmolzenem Material besteht. 7. Elektrischer Schalter nach den Ansprüchen i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungsdraht gegen benachbarte spannungführende Teile durch eine zweckmäßig aus Isoliermaterial bestehende Wand abgeschirmt ist. B. Elektrischer Schalter nach den Ansprüchen i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbau des Schalters ein Material mit möglichst kleinem thermischem Ausdehnungskoeffizienten verwendet -wird.
DESCH90812D 1929-07-01 1929-07-02 Elektrischer, durch Waermeausdehnung mechanisch parallel, elektrisch in Reihe geschalteter Draehte oder Baender gesteuerter Schalter Expired DE609544C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1166889B (de) * 1957-07-21 1964-04-02 G V Controls Inc Elektrischer Hitzdrahtschalter

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1166889B (de) * 1957-07-21 1964-04-02 G V Controls Inc Elektrischer Hitzdrahtschalter

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