DE810649C - Elektromagnetischer UEberstromselbstschalter und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 8. OKTOBER 1951

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Dr. Eduard Schrack, Wien

ist als Erfinder genannt worden

zu dessen Herstellung

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Überstromselbstschalter mit Hebelschaltwerk, dessen Unterbrechungsstelle in einer nahezu allseitig geschlossenen Flammenkammer angeordnet ist, und einer gleichzeitig als Blasmagnet wirkenden Auslösespule und gibt die Lehre, diese Flammenkammer aus hitzebeständigem, vorzugsweise keramischem Isoliermaterial herzustellen und mit der Auslösespule zu einer Baueinheit zu vereinigen, während das Hebelschaltwerk auf einer davon unabhängigen Grundplatte montiert ist.

Weiter wird eine Anweisung zur Herstellung der erwähnten keramischen Baustoffe für Flammenkammer und Grundplatte gegeben.

Bei elektromagnetischen Überstromselbstschaltern für Installationszwecke bereitet es Schwierigkeiten, die beiden Forderungen nach gedrängter Bauweise und Kurzschlußsicherheit gleichzeitig zu erfüllen.

Es ist üblich, die Auslösemagnetspule gleichzeitig als Blasmagnet in der Nähe der Unterbrechungsstelle anzuordnen, um den bei der Unterbrechung entstehenden Lichtbogen zu löschen. Hierbei wird der Entladungsweg vor dem Abreißen des Bogens bedeutend verlängert, was jedoch den Nachteil mit sich bringt, daß die Verdampfungsprodukte des Lichtbogens in alle Teile des Schalters eindringen und eine Verschmutzung der Isolierteile bewirken. Es ist auch schon bekannt, den Entladungsraum nahezu allseitig zu schließen und die durch die Entladung selbst hervorgerufene Druckerhöhung zur Unterstützung der Löschwirkung auszu-

nutzen. Zu diesem Zwecke wurde die Flammenkammer mit der Schaltergrundplatte zu einer baulichen Einheit vereinigt oder eine Aussparung im Sockel als Flammenkammer ausgebildet. So kam man zu plumpen Konstruktionen von unzureichender Maßhaltigkeit.

Außerdem ging man bisher von der irrigen Ansicht aus, daß Metallteile in der Flammenkammer zulässig sind, ja, daß sie sogar geeignet seien, die Löschwirkung des Bogens zu unterstützen. In einigen Fällen hat man

ίο sogar verbrennbare organische Stoffe, wie z. B. Zellulose, in der Flammenkammer angeordnet, um die bei der Erwärmung von diesem Stoff abgegebenen Gase zur Deionisierung auszunutzen.

Werden jedoch die in vielen Ländern bestehenden

strengen Prüfvorschriften für Überstromschalter berücksichtigt, so muß eine so beträchtliche Kurzschlußleistung abgeschaltet werden, daß Metallteile zum Verdampfen kommen und alle brennbaren Stoffe in Flammen aufgehen.

ao Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Flammenkammer von den erwähnten Zutaten befreit werden muß, um sie so zu gestalten, daß sie sowohl der Druckwelle, als auch der Beanspruchung bezüglich Kriechströmen standhalten kann und daß bei ihrer Ausbildung ganz andere Anforderungen berücksichtigt werden müssen, als bei jenem Teil der JKonstruktion, der das mechanisch empfindliche, aber thermisch und elektrisch nicht beanspruchte Hebelschaltwerk umfaßt. Erfindungsgemäß wird die allseitig aus hitzebeständigem Isoliermaterial, vorzugsweise keramischem Material, hergestellte, nahezu geschlossene Flammenkammer mit der Auslösespule zu einer auswechselbaren Baueinheit zusammengefaßt, während das Hebelschaltwerk auf einer davon unabhängigen Grundplatte montiert ist.

Gegenüber den älteren Ausführungsformen, bei denen die Flammenkammer mit der Grundplatte bzw. dem Sockel zu einer Einheit zusammengefaßt war, ergibt sich nicht nur der schon angedeutete Vorteil, daß den speziellen Erfordernissen für die beiden verschieden beanspruchten Konstruktionsteile besser Rechnung getragen werden kann, sondern auch der einer ökonomischen Fabrikation und Lagerhaltung. Es zeigt sich, daß die Konstruktion des Hebelschaltwerkes in weiten Grenzen für verschiedene Auslösestromstärken die gleiche bleiben kann, so daß die Halbfabrikate vorgearbeitet werden können, ohne daß bereits die Aufteilung des Endproduktes in Typen bekannt sein muß. Durch Einsetzen der für eine bestimmte Stromstärke dimensionierten Baueinheit (Flammenkammer mit Auslösespule) wird erst die endgültige Type festgelegt.

Die erfindungsgemäß mit der Auslösespule zu einer Baueinheit zusammengefaßte Flammenkammer kann aus einem Material bestehen, das an sich wenig maßhaltig, aber dafür hochisolierend und hitzebeständig ist, und wird auf einer Grundplatte angebracht, die ihrerseits hinreichend maßhaltig ist, um als Bezugsystem für die Montage des Hebelschaltwerkes zu dienen. Die gegenseitige Lage der beiden Baueinheiten, einerseits Flammenkammer mit Auslösespule, andererseits Grundplatte mit Hebelschaltwerk, ist nicht sehr empfindlich, da die Stellen, wo die beiden Einheiten funktionsmäßig zusammentreffen, keiner besonderen Maßhaltigkeit bedürfen. Der eine Punkt ist die Berührungsstelle des Auslösestiftes mit dem Schalthebel; diese kann durch Verwendung einer entsprechend breiten Berührungsfläche unempfindlich gegen Montagetoleranzen gemacht werden, der andere sind die Schaltkontakte selbst, bei denen es bezüglich der seitlichen Verschiebung ebenfalls nicht auf Bruchteile von Millimetern ankommt.

Die meisten bekannten Überstromschalter weisen eine unnötige Komplikation dadurch auf, daß sie mit einer mehr oder weniger verwickelten Polarmierung der Blasspule versehen sind, die den Zweck haben soll, das magnetische Feld der Blasspule in der unmittelbaren Nähe der Unterbrechungskontakte zu konzentrieren. Diese Maßnahme hat sich als überflüssig erwiesen. Versuche haben nämlich ergeben, daß im Falle von Kurzschlüssen mit so hoher Leistung, wie sie in den behördlichen Vorschriften vorgesehen sind, so große Stromstärken auftreten, daß jede Eisenarmierung bereits gesättigt ist und dadurch ihren Zweck verfehlt. Es sind zwar schon Ausführungsformen von Überstromschaltern bekanntgeworden, bei denen auf eine Polarmierung verzichtet wurde, jedoch nicht in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Flammenkammer. Gerade hierbei wird nun der Vorteil erreicht, daß die Zusammenfassung der Flammenkammer mit der Auslösespule zu einer Baueinheit durch das Weglassen einer Polarmierung erleichtert wird. Im folgenden soll an einem Ausführungsbeispiel die mit der Auslösespule zu einer Baueinheit zusammengefaßte Flammenkammer im einzelnen beschrieben werden.

Fig. ι zeigt die perspektivische Außenansicht der aus Steatit oder einem nach besonderem, unten noch näher beschriebenen Verfahren hergestellten keramischen Material gefertigten, annähernd würfelförmigen, geschlossenen Flammenkammer. Sie besteht aus den beiden Teilen 1 und 2, welche durch eine in Fig. 1 nicht dargestellte, durch die Bohrungen 3 geführte Schraubverbindung zusammengehalten werden. Der obere Teil ι enthält zwei durch eine Scheidewand getrennte Hohlräume, die durch die Öffnungsschlitze 4, 5 zugänglich sind. Jeder der beiden Hohlräume enthält je einen festen und einen beweglichen Unterbrechungskontakt, welch letztere an Hebelarmen angebracht sind, die durch die Schlitze 4, 5 hindurchgreifen. Die Flammenkammer dient zur Abschaltung einer einzelnen Stromphase in an sich bekannter Weise durch doppelte no Unterbrechung. Es ist aber für die Erfindung nicht wesentlich, daß jede Phase doppelt unterbrochen wird.

Der tischartige Vorbau 6 des unteren Teiles 2 dient zur gegenseitigen Abschirmung der Zuleitungen zu den oberen und unteren Unterbrechungskontakten.

Die Fig. 2 und 3 geben einen Einblick in das Innere der Flammenkammer, und zwar stellt Fig. 2 den Teil 1 von unten gesehen, Fig. 3 den Teil 2 von oben gesehen perspektivisch dar.

Zwischen den beiden Hohlräumen 7 und 8 befindet sich eine Scheidewand 9, die eine vertikale Bohrung 3 aufweist, deren oberes Ende in Fig. 1 zu sehen ist. Diese Bohrung dient zur gegenseitigen Befestigung der beiden Teile 1 und 2 der Flammenkammer mittels eines Rohrniets oder einer Hohlschraube und trägt in ihrem Innern den Auslösestift. Am unteren Ende geht die

Bohrung in eine im Boden der Flammenkammer eingelassene Vertiefung über, welche zur Aufnahme der Auslösespule dient, wie dies aus Fig. 4 entnommen werden kann.

Fig. 4 stellt einen Schnitt der Flammenkammer in der Symmetrieebene, also durch die Scheidewand 9 zwischen den beiden Hohlräumen, dar. 11 ist die Auslösespule, 12 der Eisenanker, welcher bei Stromdurchgang ins Innere der Spule gezogen wird und dabei den Auslösestift 13 entgegen der Wirkung der Feder 14 nach oben stößt.

In Fig. 3 sind die unteren Kontakte der Unterbrechungsstelle mit 15 und 16 bezeichnet. Die Unterbrechungsstelle liegt im Streufeld der Auslösespule 11 und von dieser durch eine Steatitwand getrennt. Ebenso ist der Auslösestift 13 und die Feder 14 im Innern der Bohrung 3 vor Einwirkung durch die Flammengase geschützt.

Die beweglichen Kontaktarme, die in den Figuren nicht dargestellt sind, greifen in die öffnungen 4 und 5 der Flammenkammer hinein. Diese öffnungen sind klein genug, um im Moment der Entstehung des Lichtbogens eine hinreichende Druckerhöhung zu ermöglichen.

Fig. 4 zeigt weiter einige konstruktive Details. 17 ist eine zylindrische Metallhülse, die an ihrem oberen Ende einen Flansch trägt und am unteren Ende mit einem Schraubengewinde versehen ist, auf welches die Schraubenmutter 18 aufgeschraubt ist. Mittels dieser Hülse und Mutter sind die Teile 1 und 2 der Flammenkammer zusammengespannt. Die Rändelmutter 19 dient zur Einstellung der Vorspannung der Feder 14. Der Auslösestift 13 arbeitet mit einem nicht dargestellten Hebel zusammen, der das Hebelschaltwerk betätigt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung betrifft die Auswahl der Baustoffe für Flammenkammer und Grundplatte, wobei, um den bereits erwähnten verschiedenen, an die Bauteile gestellten technischen Anforderungen gerecht zu werden, von der Erkenntnis ausgegangen wird, daß für die Flammenkammer zwar größere mechanische Toleranzen zulässig, jedoch die Anforderungen in thermischer und elektrischer Beziehung höhere sind als für die mit dem Hebelschaltwerk verbundene Grundplatte. Nach diesen Gesichtspunkten hat sich für die Herstellung der Flammenkammer ein keramischer Werkstoff mit porösem Gefüge und rauher Oberfläche besonders bewährt, weil bei einem solchen Material der Kriechweg zwischen den Elektroden infolge der Poren und Unebenheiten wesentlich vergrößert wird, was die Bildung zusammenhängender leitender Brücken erschwert.

Ein derartiger, nach dem Brennen stark poröser, keramischer Werkstoff wird nach der Erfindung dadurch hergestellt, daß einer keramischen Masse üblicher Zusammensetzung soviel montmorülonithaltiger Ton zugesetzt wird, daß der Montmorillonitgehalt des Endgemisches 5 bis io°/₀ des Gesamtgewichtes beträgt. Durch diesen Zusatz wird infolge der dem Montmorillonit eigentümlichen Einlagerung der Wassermoleküle die Eigenschaft erzielt, daß die neue Masse beim Brennen einen Teil des Wassergehaltes erst bei hohen Temperaturen, nämlich etwa zwischen 800° und 1100⁰ C, abgibt, worauf das Produkt nur mehr kurzzeitig, also nicht bis zur völligen Scherbenverdichtung, gebrannt und somit stark porös erhalten wird.

Man kann dies unbedenklich tun, trotzdem ein derartiges Material beim Brennen erheblich schwindet, weil die mechanischen Toleranzen bei der Flammenkammer bzw. bei der mit der Spule verbundenen Baueinheit keine wesentliche Rolle spielen.

Für den von der Flammenkammer konstruktiv getrennten Sockel sind die mechanischen Toleranzen erheblich enger. Trotzdem kann für den Sockel bzw. die Grundplatte keramisches Material verwendet werden, das jedoch trotz vollständiger Scherben verdichtung ganz geringe bzw. genau kontrollierbare Schwindmaße haben, also möglichst trocken verpreßt werden muß. Um nun die für die Verpressung der Masse erforderliche ausreichende Plastizität zu erhalten und gleichzeitig die Schwindung in engen Grenzen zu halten, wird einer keramischen Masse üblicher Zusammensetzung wiederum ein montmorillonithaltiger Ton zugesetzt, jedoch in solchem Ausmaße, daß der Endgehalt an Montmorillonit 10 bis 15% des Gesamtgewichtes der Masse beträgt. Dieses Material kann nun bis zu völliger Scherbenverdichtung gebrannt werden, ohne unzulässige mechanische Streuungen zu geben, und erfüllt so die durch den Verwendungszweck gestellten Anforderungen.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetischer Überstromselbstschalter mit Hebelschaltwerk, dessen Unterbrechungsstelle in einer nahezu allseitig geschlossenen Flammenkammer angeordnet ist, mit einer gleichzeitig als Blasmagnet wirkenden Auslösespule, dadurch gekennzeichnet, daß die allseitig aus hitzebeständigem Isoliermaterial, vorzugsweise keramischem Material, hergestellte, nahezu geschlossene Flammenkammer mit der Auslösespule zu einer auswechselbaren Baueinheit zusammengefaßt ist, während das Hebelschaltwerk auf einer davon unabhängigen Grundplatte montiert ist.

2. Elektromagnetischer Überstromselbstschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blaswirkung im Streufeld der Auslösespule ohne gesondert zur Unterbrechungsstelle hinleitende Polarmierung erfolgt.

3. Elektromagnetischer Überstromselbstschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenkammer durch eine Scheidewand in zwei Räume getrennt ist.

4. Elektromagnetischer Überstromselbstschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden der Flammenkammer eine zur Aufnahme der Auslösespule bestimmte Aussparung vorgesehen ist, die in eine zur Aufnahme des Auslösestiftes dienende Bohrung der Zwischenwand übergeht. iao

5. Elektromagnetischer Überstromselbstschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenkammer aus zwei Teilen besteht, die durch eine Schraubhülse oder ein Hohlniet zusammengehalten werden, in deren Bohrung der Auslösestift untergebracht ist.

6. Elektromagnetischer Überstromselbstschalter nach einem der Ansprüche ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenkammer aus einem keramischen Material von porösem Gefüge, rauher Oberfläche und gegebenenfalls starken Schwindmassen besteht.

7. Elektromagnetischer Überstromselbstschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte aus keramischem Material von dichtem Gefüge und geringen bzw. genau einzuhaltenden Schwindmassen besteht.

8. Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen Überstromselbstschalters nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenkammer aus einer keramischen Masse mit einem Zusatz von 5 bis io°/₀ Montmorillonit feucht verpreßt und darnach nur bis zur restlosen Wasserabgabe, nicht aber bis zur völligen Scherbenverdichtung gebrannt wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen Überstromselbstschalters nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Masse für die Grundplatte mit einem Gehalt von 10 bis 15% Montmorillonit versetzt, völlig trocken verpreßt und daraufhin bis zur vollständigen Scherbenverdichtung gebrannt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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