DE947913C

DE947913C - Electromagnetic circuit breaker

Info

Publication number: DE947913C
Application number: DEL11565A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Laing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1952-02-14
Filing date: 1952-02-14
Publication date: 1956-08-23

Description

Elektromagnetischer Schutzschalter Die Erfindung hat einen elektromagnetischen Schutzschalter zum Gegenstand, der nicht nur bei Überschreitung eines festgesetzten Stromintervalls, sondern auch bei Unterschreitung desselben sowie gegebenenfalls beim Kippen des Gerätes um einen festzulegenden Winkelbetrag selbsttätig den Arbeitsstromkreis unterbricht und außerdem explosionssicher sein" kann.Electromagnetic Circuit Breaker The invention has an electromagnetic one Circuit breaker to the subject, not only when a set limit is exceeded Current interval, but also if it falls below it and if necessary when tilting the device by an angle to be determined automatically the working circuit interrupts and also be explosion-proof ".

Bekannt sind Relaiseinrichtungen, die in Abhängigkeit vorn Strom betätigt werden. Bekannt sind Quecksilberschaltröhren, die in Abhängigkeit von vorgegebener Schräglage den Strom unterbrechen. Bekannt sind gläserne Quecksilberschaltröhren mit Verdränger, die außer bei kleiner Schaltleistung ohne besondere Zusatzeinrichtung nicht als explosionssicher angesehen werden; bekannt sind ferner Überstromausschalter, bei denen eine Nebenschlußwicklung ein Wiedereinschalten erst möglich macht, nachdem der auslösende Kurzschluß behoben ist.Relay devices are known which are operated as a function of the current will. Mercury interrupter tubes are known, which are dependent on predetermined Interrupt the current at an incline. Glass mercury interrupter tubes are known with displacer, which except for small switching capacities without special additional equipment are not considered to be explosion-proof; are also known overcurrent switches, where a shunt winding makes reconnection only possible after the triggering short circuit has been remedied.

Zur Erlangung der eingangs gezeigten Funktionen, die beispielsweise bei elektrisch betriebenen - e Pumpen, insbesondere Handpumpen, vorteilhaft sein können, müßten mehrere dieser bekannten Schaltgeräte nebeneinander Verwendung finden.To obtain the functions shown at the beginning, for example, for electrically operated - may be advantageous e pumps, particularly hand pumps, would be found adjacent to each other use a plurality of these known switching devices.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zu schaffen, das unter Verwendung einfacher Bauelemente alle geforderten Funktionen ausführt, dabei unempfindlich ist und explosionssicher sein kann. Das Gerät kann unter Beibehaltung der kennzeichnenden Merkmale für die eine oder andere Funktion allein ausgelegt sein' oder in seiner: Betätigung von einem fremden Stromkreis abhängig gemacht werden. .The invention is based on the object to provide a device that performs all the required functions using simple components is insensitive and can be explosion-proof. The device can while maintaining of the characteristic features designed for one or the other function alone his' or in his: operation can be made dependent on an external circuit. .

Das Gerät besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Hohlkörper aus anorganischem oder organischem Isoliermaterial, einer Quecksilberpfanne, die beispielsweise aus Stahlblech gezogen ist und zur Rückleitung des Magnetflusses bis über die Spulen für die elektromagnetischen Schaltvorgänge führen kann, einem verschieblich im zylindrischen Hohlkörper gelagerten Weicheisenanker mit einer Kontaktspitze, die über eine Spiralfeder mit einem isoliert durchgeführten Pol verbunden ist, aus mindestens zwei Spulen für die elektromagnetischen Schaltvorgänge und den Eisenteilen, die zur Bündelung des Magnetflusses erforderlich sind. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Spulen so ausgelegt sind, daß sich ihre Felder, die entgegengesetzte Richtung haben, innerhalb des Stromintervalls, in .welchem der Stromkreis geschlossen sein soll, so weitgehend 'aufheben, daß der erwähnte Weicheisenanker durch die Schwerkraft und die Federspannung der erwähnten Stromführungsfeder in seiner unteren Endlage gehalten, nicht beeinflußt wird. Der Kontaktstift ist über eine kleine Menge Quecksilber mit der Quecksilberpfanne leitend verbunden, der Arbeitsstromkreis also geschlossen.The device essentially consists of a cylindrical hollow body made of inorganic or organic insulating material, a mercury pan that for example drawn from sheet steel and for the return of the magnetic flux can lead to one over the coils for the electromagnetic switching processes soft iron armature with a contact tip, movably mounted in the cylindrical hollow body, which is connected to an isolated pole via a spiral spring at least two coils for the electromagnetic switching processes and the iron parts, which are necessary to concentrate the magnetic flux. The essence of the invention consists in that the coils are designed so that their fields are opposite Direction, within the current interval, in which the circuit is closed should be 'so largely' cancel that the aforementioned soft iron anchor by gravity and the spring tension of the mentioned current-carrying spring in its lower end position held, not influenced. The contact pin is over a small amount of mercury conductively connected to the mercury pan, so the working circuit is closed.

Eine metallische Berührung des Kontaktstiftes mit der metallischen Quecksilberpfanne wird durch eine im tiefsten Punkt der Quecksilberpfanne gelegene Isolierplatte unmöglich gemacht. Sobald also das Quecksilber aus der Pfanne fortläuft, wird der Stromkreis auch innerhalb des Stromintervalls, in welchem sich der Schalter in Einschaltstellung befindet, unterbrochen. Wächst der Strom über das Intervall hinaus, so wird das ' von diesem Strom abhängige Feld wesentlich stärker als das entgegengesetzt gerichtete Feld der zweiten Spule, deren Wicklung beispielsweise dem Verbraucher parallel geschaltet ist. Hierdurch wird der,Weicheisenanker hinaufgezogen und damit der Strom -unterbrochen, wodurch das stromabhängige Feld zusammenbricht; der Weicheisenanker ist allein damit dem Feld der zweiten Spule ausgesetzt und dadurch festgehalten. Bei Unterschreitung des Intervalls überwiegt die Feldstärke der nicht arbeitsstromabhängigen Spule. Auch in diesem Falle wird der Weicheisenanker hochgezogen und der Stromkreis unterbrochen, so daß wiederum nur die Feldeinwirkung der zweiten Spule verbleibt, die den Weicheisenanker festhält.Metallic contact between the contact pin and the metallic one The mercury pan is made by a located in the lowest point of the mercury pan Isolation plate made impossible. So as soon as the mercury runs out of the pan, the circuit is also within the current interval in which the switch is is in the on position, interrupted. Does the current grow over the interval beyond, the field dependent on this current becomes much stronger than that oppositely directed field of the second coil, its winding for example is connected in parallel to the consumer. This pulls up the soft iron anchor and thus the current -interrupted, whereby the current-dependent field collapses; the soft iron armature is only exposed to the field of the second coil and thereby held. If the interval is not reached, the field strength does not predominate working current dependent coil. In this case, too, the soft iron anchor is pulled up and the circuit is interrupted, so that again only the field action of the second Remains coil that holds the soft iron armature in place.

Da die, Quecksilberpfanne gleichzeitig die Aufgabe hat, den magnetischen Rückschluß zu bilden, ergibt sich eine werkstoffbedingte Druckfestigkeit, die ohne zusätzlichen Aufwand als explosionsgeschützt* angesehen werden kann, während Explosionssicherheit bei Glasausführung des Gehäuses, wie dies bei Quecksilberschaltern die Regel ist, nicht ohne besondere zusätzliche Schutzmaßnahmen gegeben ist. _ Wird die Abschaltung in Abhängigkeit von der Schräglage nicht gefordert; so kann der Kontaktstift am beweglichen Eisenkörper mit einer Kontaktfläche versehen sein und an Stelle der erwähnten Isolierplatte am Boden des bisher als Quecksilberpfanne bezeichneten Schaltraumgehäuses ein Gegenkontakt angebracht sein. Die Federkraft, die den Eisenkörper niederdrückt, ist in diesem Fall so bemessen, daß die Schwerkraft im Verhältnis zur Federkraft klein bleibt. Soll eine Schaltung in Abhängigkeit von einer oder auch mehr als zwei Steuerkreisen erfolgen, so treten an Stelle der beiden erwähnten Spulen so viele, wie Steuerkreise vorhanden sind.Since the mercury pan also has the task of the magnetic To form a conclusion, there is a material-related compressive strength that without additional effort can be considered explosion-proof * while explosion-proof with the glass version of the housing, as is the rule with mercury switches, is not given without special additional protective measures. _ Will shutdown not required depending on the incline; so the contact pin on movable iron body be provided with a contact surface and in place of the mentioned insulating plate on the bottom of the switch room housing previously referred to as a mercury pan a mating contact must be attached. The spring force that depresses the iron body, is dimensioned in this case so that the force of gravity in relation to the spring force remains small. Should a circuit be a function of one or more than two Control circuits take place, instead of the two mentioned coils there are as many how control circuits exist.

Sind' die zu schaltenden Ströme von solcher Größe, daß sie nicht über die Feder, deren Querschnitt aus mechanischen Rücksichten begrenzt ist, geleitet werden können, so tritt an Stelle des Kontaktstiftes ein Verdrängerkörper aus Isolierstoff. Eine ringförmige Elektrode ist uni diesen Körper herum feststehend so angeordnet, daß sie über das Quecksilber mit der Quecksilberpfanne :leitend verbunden ist, solange ,der .Verdrängungskörper sich unten befindet.Are the currents to be switched of such a magnitude that they do not exceed the spring, the cross-section of which is limited for mechanical reasons, is guided can be, a displacement body made of insulating material takes the place of the contact pin. A ring-shaped electrode is fixedly arranged around this body in such a way that that it is conductively connected to the mercury pan via the mercury, as long as , the. Displacer is at the bottom.

Fig. i zeigt einen erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schutzschalter mit Schaltabhängigkeit auch von der Schräglage im Schnitt; Fig. 2- gibt das Schaltbild für den Anwendungsfall der Steuerung einer elektrischen Handpumpe wieder; Fig. 3 veranschaulicht einen erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schutzschalter - mit Ringelektrode; Fig. q. stellt einen erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schutzschalter mit Metallkontakt dar. In denFiguren sind die Isolierstoffgehäuse mit i, die Weicheisenanker mit 2 bezeichnet. Am unteren Ende des Weicheisenankers in Fig. i ist ein Kontaktstift 8 angebracht, der auf der Isolierplatte 7 im tiefsten Punkt der Quecksilberpfanne 3 aufsteht und in das Quecksilber 9' eintaucht. Über die Feder 5 ist der Weicheisenanker 2 mit der Stromzuführung io leitend verbunden. Die Abdeckplatte6 aus Isoliermaterial soll das Quecksilber bei Schräg-Lage auffangen, außerdem als zusätzliche Führung für den Weicheisenanker 2 dienen. Zur Verdichtung des Magnetstroms ist ein Hutring q. aufgesetzt, der gleichzeitg den oberen Abschluß des Gerätes bildet. Die Spulen i i und i2, deren Anzahl sich nach der Zahl der an der Steuerung mitwirkenden Stromkreise richtet, sind konzentrisch um den langen zylindrischen Teil des ' Isolierstoffgehäuses i angeordnet. Zur Erläuterung der Funktion dient das Schaltbild der Fig. 2. Verbraucher 13 sei beispielsweise" der Motor einer Elektrohandpumpe: Nach dem Einschalten des Stroms fließt dieser durch die Spule i i über die Feder 5, den Weicheisenanker 2, das Quecksilber 9, die Quecksilberpfanne 3' zum Verbraucher 13. Eine parallel zum Verbraucher liegende Spule i2 ist so dimensioniert, daß ihr Feld, welches dem Feld der Spule i i entgegengerichtet ist, innerhalb des zulässigen Intervalls dieses annähernd aufhebt. Fördert die Pumpe nach dem Entleeren eines auszupumpenden Behälters keine Flüssigkeit mehr, so sinkt der Strom und damit die Feldstärke der Spule i i. Das gleich stark gebliebene Feld der Spule i2 zieht jetzt den Weicheisenanker 2 unter Überwindung seiner Schwere und der Vorspannung der Feder 5 nach oben. Damit ist der Stromkreis unterbrochen. Für den Fall, daß der Verbraucher 13 aus irgendeinem Grund unzulässig hohen Strom aufnimmt, steigt die Stromstärke und damit die Feldstärke der Spule ii so stark an, daß wiederum der Weicheisenkern 2 nach oben gezogen wird. Nach der Unterbrechung tritt an die Stelle des Feldes der Spule i i das verbleibende Feld der Spule i2. Soll das Gerät auch bei Überschreitung einer zulässigen Schräglage zur Vermeidung von Dichtschwierigkeiten an der Wellenabdichtung ausschalten, dann ist die Quecksilberpfanne 3 entsprechend so geformt, daß die Quecksilbermenge seitlich abläuft.Fig. I shows an electromagnetic circuit breaker according to the invention with switching dependency also on the inclined position in section; Fig. 2- shows the circuit diagram for the application of the control of an electric hand pump; Fig. 3 illustrates an electromagnetic circuit breaker according to the invention - with a ring electrode; Fig. Q. represents an electromagnetic circuit breaker according to the invention with metal contact. A contact pin 8 is attached to the lower end of the soft iron armature in FIG. The soft iron armature 2 is conductively connected to the power supply line io via the spring 5. The cover plate 6 made of insulating material is intended to catch the mercury in the inclined position and also serve as an additional guide for the soft iron anchor 2. A hat ring q is used to compress the magnetic current. put on, which at the same time forms the upper end of the device. The coils ii and i2, the number of which depends on the number of circuits involved in the control, are arranged concentrically around the long cylindrical part of the insulating material housing i. The circuit diagram in FIG. 2 is used to explain the function. Load 13 is, for example, "the motor of an electric hand pump: after switching on the current, it flows through the coil ii via the spring 5, the soft iron armature 2, the mercury 9, the mercury pan 3 '" to the consumer 13. A coil i2 lying parallel to the consumer is dimensioned so that its field, which is in the opposite direction to the field of coil ii, cancels this within the permissible interval The current and thus the field strength of the coil i i decrease. The field of the coil i2, which has remained the same, now pulls the soft iron armature 2 upwards, overcoming its weight and the bias of the spring 5. This interrupts the circuit Consumer 13 for whatever reason absorbs an inadmissibly high current, the current strength increases and thus the field strength of the coil ii s o strongly that the soft iron core 2 is again pulled upwards. After the interruption, the remaining field of coil i2 takes the place of the field of coil ii. If the device is to switch off even when a permissible incline is exceeded to avoid sealing difficulties on the shaft seal, the mercury pan 3 is shaped accordingly so that the amount of mercury drains off to the side.

Da in vielen Fällen die Ausschaltung in Abhängigkeit von der Schräglage nicht gefordert wird, sind in Fig. 3 und 4 elektromagnetische Schutzschalter angegeben, die mit festen Kontakten ausgerüstet sind. In Fig.3 ist eine ringförmige Elektrode 15 vorgesehen, die mit dem Spiegel des Quecksilbers 9 in Berührung kommt, sobald der aus Isolierstoff bestehende Verdrängerkörper 14, der mit dem Weicheisenanker 2 fest verbunden ist, durch die Kraft der Feder 18 in seiner unteren Endlage gehalten wird (ersichtlich in der linken Schnitthälfte der Fig.3)._ Wird der Weicheisenanker 2 in die Spulen 1i, 12 hineingezogen, so weicht das Quecksilber g nach unten zurück (ersichtlich in der rechten Schnitthälfte der Fig.3). Dadurch wird der Kontakt zwischen der Elektrode 15 und dem Quecksilber 9 und damit der Stromkreis des Stromverbrauchers unterbrochen. Der Eisenblechmantel i9 dient zusammen mit dem Hutring 4 zur Konzentration des Magnetflusses. In Fig.4 ist eine Abart dieses elektromagnetischen Schutzschalters dargestellt, der vor allem dann zweckmäßig zur Verwendung gelangt, wenn das Gerät in beliebiger Lage arbeiten soll. Über den Anschluß io führt der Strom über die Feder 17 und den Kolben 2 zur Kontaktplatte 2o. Diese wird unter der Vorspannung der Feder 17 auf den Gegenkontakt 16 gepreßt. Unter der Wirkung der magnetischen Fedei- kann der Weicheisenanker 2 in die Spulen 1i, 12 hineingezogen werden, wodurch der Stromkreis unterbrochen wird. Der Raum im Isolierstoffgehäuse i ist zweckmäßigerweise mit funkenlöschendem Gas gefüllt bzw. evakuiert.Since in many cases switching off is not required as a function of the inclined position, electromagnetic circuit breakers are indicated in FIGS. 3 and 4, which are equipped with fixed contacts. In Figure 3, an annular electrode 15 is provided, which comes into contact with the level of mercury 9 as soon as the displacement body 14 made of insulating material, which is firmly connected to the soft iron armature 2, is held in its lower end position by the force of the spring 18 If the soft iron armature 2 is drawn into the coils 1i, 12, the mercury g recedes downwards (visible in the right half of FIG. 3). This interrupts the contact between the electrode 15 and the mercury 9 and thus the circuit of the power consumer. The sheet iron jacket i9, together with the hat ring 4, serves to concentrate the magnetic flux. In Figure 4, a variant of this electromagnetic circuit breaker is shown, which is particularly useful when the device is to work in any position. Via the connection io, the current leads via the spring 17 and the piston 2 to the contact plate 2o. This is pressed onto the mating contact 16 under the bias of the spring 17. Under the action of the magnetic spring, the soft iron armature 2 can be drawn into the coils 1i, 12, whereby the circuit is interrupted. The space in the insulating housing i is expediently filled with spark-extinguishing gas or evacuated.

Claims

PATENT CLAIMS: -i. Electromagnetic circuit breaker for the automatic shutdown of power consumers, in particular electric motors, depending on an excessively low or too high power consumption going beyond a specified power consumption interval, with at least two coils for the electromagnetic switching processes and a soft iron armature actuating the switching element, characterized in that the coils, of at least one of which is connected in series to the circuit to be disconnected, dimensioned, geometrically assigned and connected in such a way that a field resulting from the magnetic fields of the coils has such a low magnetic force within the current interval that a switching element connected to the soft iron armature remains in the ON position, while the change in the current ratios in the windings, which goes beyond a predetermined interval, causes such a change in the resulting field that this is caused by the attraction of the Soft iron armature causes the interruption of the circuit and holds the soft iron armature in the switch-off position, with at least one winding remaining in a parallel-connected or also independent circuit.

2. Circuit breaker according to claim i, characterized in that a contact is made Contact pin (8) firmly connected to the soft iron anchor (2) in mercury (9) dips and the power is supplied via a spring (5), which is simultaneously used Pre-tensioning of the soft iron armature (2) counteracting the magnetic field effect Direction can serve.

3. Circuit breaker according to claim i, characterized in that that at the lower end of the soft iron armature (2) there is a displacement body (i4) Insulating material is located, which has the task of raising the mercury level so far, that the contact between the metal mercury pan (3) and the concentric arranged annular electrode (i5) is closed (Fig. 3).

4. Circuit breaker according to claim i, characterized in that the contact is made in a manner known per se is closed via two metal contact surfaces (i6, 2o), one of which is on the End of the soft iron armature (2) is attached, with a spring as a power connection (i7) serves, while the other contact piece in the bottom of the with spark-extinguishing gas filled or evacuated rsolierstoffgehäuses (i) is arranged and with the power supply (io) has a conductive connection (Fig. 4).

5. Circuit breaker according to claim i, characterized characterized in that the cylindrical iron jacket serving for magnetic flux concentration forms a unit with the mercury pan (3).

6. Circuit breaker according to claim i, characterized in that the guide of the soft iron anchor (2) in a tubular Insulated housing made of organic materials, what amr open End expanded to the inside diameter of the mercury pan. is done.

7. mercury protection switch according to claim i and 2, characterized in that the spring (5) is housed within the extension of the Isolierstöffgehäuses (i) and is protected from the entry of the mercury by a cover plate (6). Considered publications: German patent specifications No. 705 61g, 597 334, 342 143, 325 o8o, 250720, 238 471.