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Sicherungsanordnung zur selbsttätigen Unterbrechung von überlastungsströmen
Es sind schon Sicherungsanordnungen für die selbsttätige Unterbrechung eines elektrischen
Stromkreises bekannt, bei welchen eine Schmelzsicherung mit einer mechanischen Unterbrechungsstelle
hintereinandergeschaltet und der Schmelzdraht "von einer Explosivmasse umgeben ist,
die infolge von Überströmen entzündet wird und die Fortbewegung eines Kolbens verursacht,
- der einerseits die Trennung der beiden-Elektroden in der Explosionskammer hervorruft
und andererseits einen Löschgasstrom zum Ausblasen des Lichtbogens erzeugt.
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Die Erfindung befaßt sich mit der Verbesserung dieser Sicherungsanordnungen,
um ihre Herstellung zu vereinfachen und unter Steigerung ihrer Leistung ihre Rauminanspruchnahme
zu vermindern.
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Das Wesen der Erfindung liegt darin, daB die Explosions- und Unterbrechungskammer,
deren Gasinhalt durch Verschiebung des Kolbens expandiert, vermittels eines an sich
bekannten Absperrventils mit dem die. Blaswirkung erzeugenden Kompressionsraum so
verbunden ist, daß im Kolben vorgesehene, durch das Absperrventil gesteuerte, auf
die Unterbrechungsstelle der Elektroden gerichtete Kanäle bei Beginn der Verschiebung
des Kolbens und gleichzeitiger Einwirkung der Explosionsgase . auf das Absperrventil
zunächst geschlossen werden, daß dann die Kanäle nach Ausströmen der Explosionsgase
und Beendigung der Verschiebung des Kolbens infolge einseitiger Druckentlastung
des Absperrventils geöffnet - werden und daß schließlich der durch die Verschiebung
des Kolbens komprimierte Hilfsgasstrom den Unterbrechungslichtbogen ausbläst.
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In den Fig. i, 2 und 3 sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung
dargestellt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. i erfolgt die Explosion und die
Stromunterbrechung
im Rohre 2, das oben und unten mit Verschlußstücken
3 und ¢ abgeschlossen ist. An letzteren sind die Anschlußstücke 5 und 6 angebracht.
Die feste Elektrode 7 ist in einer auf einem isolierenden Abdichtungsstück 8 festsitzenden
Mutter 8a verschraubbar geführt und verlängert sich dann weiter durch die isolierende
Hohlschraube 8b hindurch. Letztere, die im Verschlußstück 4 verschraubbar geführt
ist, trägt das Abdichtungsstück 8, auf welchem der Schmelzdraht 9 und das explosive
Element io vorgesehen sind. Der Schmelzdraht ist mit der Elektrode 7 und der flexiblen
Leitung i i verbunden. Durch Drehen des Kopfes 12 kann man das Anfangsvolumen des
Explosionsraumes 13 und infolgedessen den Explosionsdruck beliebig einregulieren.
Durch Drehen des Kopfes 14 kann man das Anfangsvolumen des Kompressionsraumes 15
und somit die erzeugte Hilfsmediumströmung ebenfalls einregulieren. Durch diese
feinstufige Regulierungsvorrichtung wird erreicht, daß ein und derselbe Schaltapparat
vor Gebrauch für eine beliebig große Abschaltleistung eingestellt werden kann, was
im Betriebe sehr vorteilhaft ist. Gleichzeitig gestattet der gasdichte Isolierring
28, eine der gewünschten Abschaltleistung entsprechenden und den Explosionsprodukten
als Auspuffweg vorgesehenen Öffnungen 16, 16a oder 16z je nach Bedarf zu benutzen.
Die düsenartig ausgebildete Hohlelektrode 17 ist am Kolben 18 angebracht. Die Kolbenstange
i9 ist gasdicht durch das Verschlußstück 3 geführt. Im Kolben selbst sind Führungskanäle
2o, @@i und 22 vorgesehen sowie eine ventilartige Vorrichtung, wie beispielsweise
eine Isolierkugel 23, welche den Hauptzuführungskanal 2o beim Ansprechen der Schalteinrichtung
gasdicht abschließt. Im normalen Betrieb ruht die Kugel auf ihrem Sitz 24. Eine
Sperrklinke 25 verriegelt nach erfolgter Explosion die Kolbenstange i9.
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Im normalen Betrieb fließt der Strom vom Anschlußstück 5 über das
Verschlußstück 3, die Kolbenstange i9, den Kolben 18, die bewegliche Elektrode 17,
die ortsfeste Elektrode 7, den Schmelzdraht 9, die Stromzuleitung i i, das Verschlußstück
¢ zum Anschlußstück 6. Brennt bei Überstrom der Schmelzdraht 9 durch und bringt
die Sprengladung io zur Explosion, so wird durch den Druck der Explosionsgase der
Kolben 18 nach oben geschleudert; wobei er die Hohlelektrode 17
aus der stiftförmigen
Elektrode 7 herauszieht. Im gelben Augenblick wird die Kugel 23 gegen den Ausgang
des Hauptkanals 2o durch den im Explosionsraum herrschenden hohen Druck. gepreßt,
wodurch das -im* Raum 15
enthaltene Hilfsmedium durch die diesem Kompressionsraum
direkt anliegende Kolbenseite auf Druck gebracht wird. Sobald die Explosionsprodukte
beispielsweise durch die öffnung 16 nach außen ausgeschieden sind und die Kolbenstange
19 verriegelt ist, entsteht eine Druckentlastung im Explosionsraum 13. Da
nun beim Ansprechen der Anordnung der zwischen Außenraum und Explosionsraum herrschende
Druckunterschied groß ist, ist die Ausströmung der heißen, also leitenden Explosionsgase
eine augenblickliche, so daß die durch letztere bewirkte zusätzliche Ionisierung
des Raumes 13 plötzlich verschwindet. Dies hat zur Folge, daß die Energieabgabe
durch den Lichtbogen auf ein natürliches Ausmaß beschränkt bleibt. Ferner kann,
da jetzt der Explosionsraum vom Außenrauen nicht mehr abgeschlossen ist, auch der
Lichtbogen keinen nennenswerten Überdruck im Raume t3 erzeugen, so daß die Kugel
23 durch das im Raume 15 komprimierte Hilfsmedium auf ihren Sitz 2¢ zurückgestoßen
wird. Das unter Druck gesetzte Hilfsmedium stürzt sich sofort in die Führungskanäle
2i, 22, strömt aus diesen in den Hauptkanal 2o, dann in die düsenartig ausgebildete
Elektrode 17 und schließlich in den Explosionsraum 13.
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Die Löschung des Lichtbogens zwischen den Elektroden 7 und 17
kommt also folgendermaßen zustande: Zunächst kühlt die einsetzende Hilfsmediumströmung
die Hohlelektrode 17 sowie die an dieser festsitzenden Lichtbogenfußpunkte, dann
schiebt sich zwischen die heißen Lichtbogenstümpfe eine kalte, nicht ionisierte
Hilfsmediumstrecke ein, und schließlich wird eine plötzliche Steigerung der dielektrischen
Festigkeit der gesamten hervorgerufen, wodurch ein Wiederzünden verhindert wird.
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Es können noch verschiedene praktische Vorkehrungen getroffen werden.
So z. B. kann der Kompressionsraum vom Explosionsraum durch einen schlechten Wärmeleiter
isoliert werden. Das Hilfsmedium für die Beblasung kann auch nach bekannter Art
Kohlensäure im flüssigen Zustand enthalten, damit dieses Hilfsmedium bei seiner
Expansion in den Explosionsraum so kühl wie mÖglich an die Unterbrechungsstelle
gelangt. Es ist dann in diesem Falle zweckmäßig, die Sicherungsanordnung so in die
Anschlußkontakte des Stromkreises einzusetzen, daß die Kolbenstange nach unten zu
sitzen kommt.
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Man kann auch, wie schon vorgeschlagen wurde, statt Flüssigkeit zu
verwenden, die mitgerissen wird, auch im Lichtbogen schnell verdampfende feste Körper
in das im Kompressionsraum enthaltene Hilfsmedium einführen.
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Man hat es in der Hand; durch einen anderen Ableitungskanal und eine
andere Richtung
der Hilfsmediumströmung diese so an die gewünschten
Stellen zu bringen, daß die Strömung z. B. senkrecht zu der Bewegungsrichtung der
düsenartig geformten beweglichen Elektrode gerichtet ist.
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Falls zwei verschiedene Löschmedien benutzt werden, kann es angebracht
sein, dieselben vor der Einströmung in den Schalt-und Explosionsraum von neuem kräftig
zu mischen. Es wird dies dadurch erzielt, daß beispielsweise bei der Explosion der
Kolben eine Schraubbewegung ausführt, was durch schraubenförmige Eindrehungen (Drall)
im Verschlußstück 3 und passende Aufsätze auf der Kolbenstange i9 möglich ist. Diese
i\Iaßnahme hat dann noch nebenbei den Vorteil, daß die düsenartig geformte Elektrode
17 dieselbe Schraubbewegung ausführt, wodurch ein wirksames Wandern der Lichtbogenfußpunkte
im Augenblick der Trennung der Elektroden erzielt wird.
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Die düsenartig geformte Elektrode 17 kann auch, wie dies für Druckgasdüsenschalter
schon bekannt ist, .von einer einen Teil des Hilfsmediums führenden Hülle umgeben
werden, so daß eine Beblasung auch der Außenfläche der genannten Elektrode erreicht
wird.
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Es ist auch ferner möglich, z. B. durch Zahnradgetriebe und deren
Bewegungsübertragung auf Rechts- bzw. Linksgewinde, die Regulierungsvorrichtung
für Explosions- und Kompressionsraum so herzustellen, daß durch ein und dieselbe
Regulierschraube die verschiedensten Verhältnisse zwischen Explosions- und Kompressionsdruck
erzielt werden.
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In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform einer Sicherungsanordnung
für die selbsttätige L-nterbrechung eines Stromkreises nach der Erfindung dargestellt.
Für gleiche Teile gelten hier die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. i.
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Zum Unterschied von Fig. i besteht in diesem Falle der Kolben 18 aus
einem im Rohre 2 durch die Explosionskraft der Sprengladung fortbewegten Kompressionszylinder,
welchen eine Wand 18a abschließt, deren Stellung im Kompressionszylinder T8 durch
die Position der ortsfesten Stange iga bestimmt ist. Letztere ist durch die Führungsstange
ig des Kompressionszylinders hindurchgeführt. Im Einschnitt 26 der hohlen Führungsstange
ig liegt der Arretierstift 27, der die Stange iga festhält.
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Der Vorteil dieser Sicherungsanordnung besteht darin, daß zunächst
ein im Rohr 2 frei liegender, absolut gasdichter Kompressionsraum i 5a vorgesehen
ist, der die Löschung wie in der Fig. i vorgesehenen Einrichtung bei Trennung der
Kontakte durchführt, und daß dann der zweite Kompressionsraum 15 ein eventuell anderes
Löschmittel komprimiert, das die Aufgabe hat, die Löschung des zwischen flexibler
Leitung i i und Mutter 8a infolge Schmelzung des Schmelzleiters g entstehenden Lichtbogen
direkt zu beblasen. Ein Verbindungsrohr 2oa zwischen Kompressionsraum 15 und Explosionsraum
13 endigt in letzterem mit einem Mundstück 17a, das mit einem Ventil 23a versehen
ist. Die durch den Einschnitt 26 zwischen Kompressionsraum 15 und Außenraum hergestellte
Verbindung ist derart vorzusehen, daß beim Ansagen der Anordnung eine genügende
Strömungsgeschwindigkeit des zusätzlichen Hilfsmediums im Verbindungsrohr .20a erzielt
wird. Übrigens läßt sich auch durch Verlängerung der ortsfesten Stange iga über
die Führungsstange i9 hinaus und durch passende Anbringung des Arretierstiftes 27
der Einschnitt 26 vermeiden.
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Durch die doppelte Hilfsmediumströmung wird die Abschaltleistung der
Einrichtung beträchtlich erhöht. Der Stromweg durch die Einrichtung und die Arbeitsweise
der letzteren sind im übrigen genau dieselben wie in Fig. i.
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In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Sicherungsanordnung
für die selbsttätige Unterbrechung eines Stromkreises nach der Erfindung dargestellt.
Diese Einrichtung besitzt den Vorteil, daß die Kolbenstange i9 und das Verschlußstück
q. wegfallen. Der Kompressionsraum ist hier von oben her durch das Verschlußstück
3 einregulierbar. Diese Regulierung kann aber auch noch wie in der vorhergehenden
Ausführungsform von unten her durch Drehen des Kopfes 1¢ geschehen.
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Schließlich ist es dann noch möglich, je nach Bedarf den Kompressions-
und den Explosionsraum durch Drehen des Kopfes 12, der das Abdichtungsstück 8 betätigt,
einzuregulieren. Der Kolben 18 wird durch die Sperrklinke 25 sowohl vor dem Ansprechen
der Schalteinrichtung als auch sofort nach der Ausscheidung der Explosionsprodukte
und Druckannulierung im Explosionsraum in einer bestimmten Lage so verriegelt, daß
eine Abwärtsbewegung für ihn ausgeschlossen ist. Die Explosionsprodukte scheiden
durch die öffnungen 16, 1611 oder 16b aus. Für gleiche Teile gelten auch hier wiederum
dieselben Bezugszeichen wie in Fig. i.
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Der Strom fließt im normalen Betrieb von Arischlußstück 5 über die
flexible Leitung 27, das Abschlußstück 3, die flexible Leitung i ja,
die düsenförmige
Hohlelektrode 17, die ortsfeste Stiftelektrode 7, die Mutter 8a, den Schmelzdraht
g, die flexible Leitung i i zum Anschlußstück 6. Das Abdichtungsstück 8 und der
Kolben 18 bestehen beide aus Isoliermaterial, während in den zwei anderen Ausführungsformen
nur
das Abdichtungsstück 8 isolierend ist.
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Bei Kurzschluß schmilzt der Schmelzdraht 9 durch und bringt die Sprengladung
io zur Explosion. Die Explosionsgase treiben den Kolben 18 aufwärts, was die Trennung
der Elektroden bewirkt. Das Ventil 23
schließt die Kanäle 2o, 21 und 22, bis
die Öffnungen 16 und i6a sich gegenüberstehen, so daß die Explosionsgase dann entweichen.
Der Kolben hat während dieser Zeit das Hilfsmedium im Raume 15 komprimiert und wird
in seiner neuen Lage durch die Sperrklinke-';'5 verriegelt gehalten, das Ventil
23 öffnet sich, und die Löschung wird, wie in der ersten Ausführungsweise eingehend
erklärt wurde, durch die hervorgerufene Hilfsmediumströrnung bewirkt.