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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.