DE299823C

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Publication number: DE299823C
Application number: DENDAT299823D
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung betrifft ein Zeitelement für Überstromzeitschalter, bei dem vom elektrischen Strom durchflossene Heizröhren eine die Auslösung des Schalters veranlassende Flüssigkeit enthalten. Die bisher bekannten, auf dem Prinzip der Wärmewirkung des elektrischen Stromes beruhenden Zeitschalter besaßen, abgesehen von erheblichen Schwierigkeiten der praktischen Ausführung, den Nach- teil eines verhältnismäßig hohen Wattverbrauches.. Durch die Erfindung wird die Möglichkeit gegeben, derartige Einrichtungen mit geringem Watt verbrauch zu betreiben und insbesondere auch für größere Stromstärken über 200 Amp. geeignet zu machen. Der geringe Wattverbrauch wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß die Form und Abmessungen der Heizröhren so gewählt sind, daß die zur Volumenvergrößerung der Flüssigkeit

notwendige Wärme zum weitaus größten Teil in der Rohrwandung erzeugt und der Flüssigkeit fast unvermindert zugeführt wird. Letzteres wird wiederum dadurch erreicht, daß durch Isolierung der Heizröhre sowohl alle Verluste infolge Wärmestrahlung der erwärmten Teile als auch infolge Wärmeableitung durch die Stromzuleitungsklemmen auf das kleinstmögliche Maß beschränkt werden.
Auf der Zeichnung sind einige Ausführungen des Erfindungsgegenstandes beispielsweise dargestellt.

In Fig. ι sind die Stromzuleitungsklemmen 4

durch die verhältnismäßig dünnwandigen Rohre

. 21 und 22 und durch die in ihnen enthaltene leitende Flüssigkeit 5 — vorzugsweise Quecksilber — miteinander verbunden. Die Rohre 21 und 22 selbst berühren einander nicht direkt, sondern unter Vermittlung einer flüssigkeitsdichten isolierenden Dichtung 6. Das untere Rohr 21 ist nicht vollständig ausgebohrt, und das obere Rohr 22 wird ■ durch eine Schraube 7 luftdicht verschlossen. Eine Wärmeableitung durch Strahlung in radialer Richtung der Rohre wird durch Einschluß der Vorrichtung in irgendeinen guten Wärme- ⁴S isolator 8, beispielsweise ein Vakuum, fast vollständig vermieden. Bei Erwärmung dieser Vorrichtung, besonders der Heizrohren, infolge Stromdurchgangs verdampft bei einem bestimmten Grenzstrom die in den Röhren enthaltene Flüssigkeit 5. Die leitende Verbindung zwischen den Röhren 21 und 22 wird schließlich, wenn genügend Flüssigkeit verdampft ist, unterbrochen und hierdurch die Auslösung des Schalters veranlaßt. Die leitende Verbindung wird aber wieder hergestellt, wenn nach Abkühlung der Heizvorrichtung die verdampfte Flüssigkeit sich wieder kondensiert hat.

Eine Schaltung für die Verwendung eines Zeitelementes der beschriebenen Ausführung ist in Fig. 2 gezeichnet. Darin ist 1 das'eben beschriebene Zeitelement. Parallel zu ihm liegt unter Vorschaltung eines Widerstandes 3 die Auslösespule des Maximalmagnets. Der Widerstand 3 dient dazu, die Stromverteilung im Zeitelement 1 und im Magnet 2 richtig einzustellen. Wird in der vorher beschriebenen Weise die Verbindung zwischen den Klemmen des Zeitelementes unterbrochen, so kommt der Maximalmagnet des Schalters sofort zur Wirkung. Die im Zeitelement 1 zu unter- ·

brechende Leistung ist sehr gering, da die Spannung durch die parallel geschaltete Auslösespule 2 auf einem ganz geringen Wert gehalten wird. Die Unterbrecherflüssigkeit wird also durch starke Lichtbogenbildung nicht verschmutzt.

Eine andere Ausführung des Erfindungsgegenstandes ist in Fig. 3 angegeben. Dort ist nur ein einziges Heizrohr 20 verwendet.

Dieses ist unten durch eine Schraube 1.9 verschlossen. Im Heizrohr befindet sich die zu verdampfende Flüssigkeit 18. Da diese keine stromleitende Verbindung herzustellen hat, kann in diesem Falle auch an Stelle von Quecksilber irgendein anderer, weniger gut leitender Elektrolyt verwendet werden. Im oberen nicht beheizten Ende des Rohres ist isoliert mittels einer Klemmvorrichtung 17 ein Kontakt 23 angebracht, der normalerweise nicht'in die Flüssigkeit eintaucht. Wird das Element durch Stromdurchgang geheizt, so wird die Flüssigkeit, wie bereits bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, verdampft. Da naturgemäß die größte Erwärmung annähernd in der Mitte zwischen den beiden Klemmen stattfindet, wird an dieser Stelle die Flüssigkeit zuerst verdampfen, und der dabei entstehende Überdruck der entstandenen Gasblase hebt die darüber stehende, noch kalte Flüssigkeit empor, bis sie zur Berührung mit dem Kontakt 23 kommt. Dadurch kann man einen Stromkreis schließen, der den Auslösemagnet 25 zur Wirkung bringt. Eine besondere Wärmeisolierung des Heizrohres in radialer Richtung ist in der Fig. 3 nicht gezeichnet, sie kann natürlich ohne weiteres wie in Fig. ι angebracht werden.

Eine weitere Ausbildung dieser Ausführung ist in Fig. 4 dargestellt, die sich besonders für hohe Stromstärken eignet. Das Heizrohr 16 ist wellenförmig gebogen, und die Klemmen 24 sind derart angebracht, daß der Strom in drei parallel geschalteten Röhren die Vorrichtung durchfließt. Da nur eine einzige Rohrseele von mehr als der dreifachen Länge der einzelnen Heizrohrstücke vorhanden ist, ist die Bewegung des Flüssigkeitsspiegels bei Verdampfung der Flüssigkeit verhältnismäßig groß, so daß der Grenzstrom bei dieser An-Ordnung besonders genau eingestellt werden kann. Die Anordnung eines Kontaktes 23 und eines Auslösemagnets 25 ist die gleiche wie bei Fig. 3.

Bei den Anordnungen nach Fig. 1, 3 und 4 sind erfindungsgemäß eine oder auch beide Anschlußklemmen der Stromleitung an die Heizrohre verstellbar angeordnet, zum Zwecke, die wirksame Rohrlänge und damit den Grenzstrom zu verändern.

Die beschriebenen Anordnungen lassen sich bereits ohne besondere Schwierigkeit bis ungefähr 1000 Amp. verwenden, ohne daß die Verluste über ein gewisses Maß hinaus steigen.

Um aber auch für beliebig große Stromstärken die neue Einrichtung benutzen zu können, ist es erforderlich, die Verluste noch weiter herabzusetzen.

Während bei noch nicht allzu hoher Stromstärke die Wärmeableitung durch die Stromzuleitungsklemmen keine allzu großen Verluste verursacht, so machen diese Verluste bei Stromstärken von ungefähr 1000 Amp. an einen großen Teil der Gesamtverluste aus.

Erfindungsgemäß wird die Wärmeableitung nach den Klemmen überhaupt vollständig dadurch vermieden, daß der Heizstrom durch ein elektromagnetisches Feld in die Heizröhren übertragen wird. Das Heizrohr ist in diesem Fall als Sekundärwicklung eines vom Hauptstrom durchflossenen Stromtransformators ausgebildet.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel gezeichnet. Um einen von der Primärstromleitung 30 erregten Magnetkern 29 ist das Heizrohr 27 gelegt. Das geschlossene Ende ist mit dem benachbarten Teil durch eine Klemme 28 elektrisch verbunden, so daß eine einzige Kurzschlußwindung vorhanden ist. Das freie, von keinem Strom durchfiossene Ende 15 trägt oben in ähnlicher Weise wie die Heizrohre in Fig. 3 und 4 einen Kontakt 23. Bei Verdampfung der Flüssigkeit wird durch den entstehenden Gasdruck der flüssig bleibende Teil an diesen Kontakt gedrückt und dadurch ein Hilfsstromkreis der Stromquelle 31 für den Auslösemagnet geschlossen. Die als Heizvorrichtung dienende Sekundärwicklung kann noch durch eine wärmeisolierende Hülle 26, beispielsweise ein Vakuum, eingeschlossen werden, so daß Wärme Verluste kaum noch auftreten können.

Diese Anordnung gewährt noch den praktischen Vorteil, daß eine einzige Ausführung des Heizelementes für jede beliebige Stromstärke verwendet werden kann; es ist nur nötig, die primären Amperewindungen in jedem einzelnen Falle konstant zu halten.

Der Transformatorenkern 29 kann zugleich als Maximalmagnet ausgebildet werden, so daß bei besonders heftigen Kurzschlüssen, bei denen eine unverzögerte Abschaltung oft erwünscht ist, vermittels des Kontaktes 33 der Auslösestromkreis ebenfalls, aber ohne jede Verzögerung betätigt wird.

Claims

Patent-An Sprüche:

i. Zeitelement für Überstromzeitschalter, bei dem vom elektrischen Strom durchflossene Heizröhren eine die Auslösung des Schalters veranlassende Flüssigkeit en thaiten, dadurch gekennzeichnet, daß Form und Abmessungen der Heizröhren so ge-

wählt sind, daß die zur Volumenvergrößerung der Flüssigkeit erforderliche Wärme, zum weitaus größten Teil in der Rohrwandung erzeugt wird, und die radialen Wärmeverluste z. B. durch eine Schicht aus einem schlechten Wärmeleiter (eingeschlossene Luft, Vakuum o. dgl.) auf ein Mindestmaß beschränkt werden, zwecks Erzielung möglichst geringen Wattverbrauches.
2. Ausführungsform nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das die Klemmen verbindende Heizrohr aus zwei voneinander isolierten, aber einen einzigen flüssigkeitsdichten Raum bildenden Teilen besteht, deren elektrische Verbindung durch eine leitende Flüssigkeit hergestellt wird, durch deren Verdampfung infolge der Beheizung durch den Strom die Verbindung zwischen den Heizrohren unterbrochen wird (Fig. ϊ).
3. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziges Heizrohr vorhanden ist, das nur zum Teil durch Stromdurchgang beheizt wird und in diesem Teil eine Flüssigkeit enthält, deren Oberfläche durch Verdampfung von darunter liegenden Flüssigkeitsteilen gehoben wird und dadurch einen Hilfskontakt für die Betätigung eines Schaltmagnets schließt (Fig. 3).
4. Ausführungsform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere elektrisch parallel geschaltete Heizrohre räumlich zu einer einzigen Rohrseele verbunden sind (Fig. 4).
5. Ausführungsform nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußklemmen der Stromleitung an die Heizrohre verstellbar sind zwecks Anderung der wirksamen Rohrlänge zur Veränderung des Grenzstromes.
6. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizrohr als Sekundärwicklung eines vom Hauptstrom erregten Stromtransformators ausgebildet ist, zum Zwecke, jede Wärmeableitung durch Zuleitungsklemmen zu vermeiden (Fig. 5).
7. Ausführungsform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet/ daß der Eisenkern des Stromwandlers zugleich als Maximalmagnet für eine unverzögerte Auslösung bei Kurzschlüssen ausgebildet ist (Fig. 5).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.