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Wiedereinschaltbarer Uberstromselbstschalter, insbesondere für Schwachstromkreise
Die Erfindung bezieht sich auf wiedereinschaltbare Überstromselbstschalter, insbesondere
für Schwachstromkreise, mit thermischer Auslösung mittels einer durch die Stromwärme
schmelzenden Isoliermasse, die mit dem Heizkörper in unmittelbarer Berührung steht
und im erstarrten Zustande den beweglichen Kontaktteil in der Einschaltlage hält,
beim Schmelzen jedoch dessen durch eine Feder bewirkte öffnungsbewegung freigibt.
Die bisher bekannten Vberstromselbstschalter dieser Bauart, bei denen für die Heizung
der Schmelzmasse ein Widerstand aus einer der üblichen Widerstandslegierungen verwendet
wurde, haben den Nachteil, daß der iHeizdraht bei Kurzschlüssen, also Belastungen,
die die normale Abschaltstromstärke bedeutend überschreiten, entweder abbrennt oder,
wenn dies wegen der Einbettung in die Schmelzmasse wegen Sauerstoffmangel nicht
mÖglich ist, abschmilzt, so daß der Selbstschalter nicht mehr wiedereinschaltbar
ist, sondern ausgewechselt werden muß. Es kann überdies die schmelzbare Isoliermasse,
für die bei den gegebenen Schmelztemperaturen nur brennbare Körper, wie Wachse,
Paraffine, Asphalt od. dgl., in Frage kommen, durch die plötzliche Temperaturerhöhung
explodieren und so noch weiteren Schaden anrichten. Ist die Masse nicht explosibel,
so dehnt sie sich zumindest bei einem plötzlichen Temperaturstoß stark aus und übt
einen starken Druck auf die Wandung aus, der eine Bewegung der Schaltteile verhindert.
Inzwischen schmilzt aber der Heizdraht sicher ab.
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Beim Überstromselbstschalter nach der Erfindung sind diese Mängel
in einfacher Weise dadurch vermieden, daß als Heizkörper zur Erwärmung
der
damit .in Berührung stehenden schmelzbaren Isoliermasse ein Halbleiter, vorzugsweise
ein Heizkörper mit einem spezifischem Widerstand von 15 000 bis 25
000 Ohm dient. Es eignen sich zum Beispiel hierfür Graphit oder metallkeramische
Massen, d. h. keramisch gebundene Metallpulver, Metalloxyde u. dgl. Infolge der
gegenüber einem dünnen Heizdraht viel größeren Oberfläche eines solchen Halbleiters
sowie der vielfach größeren Wärmekapazität solcher Massen tritt die Erhitzung der
Schmelzmasse langsamer ein, was aber keinen Nachteil bedeutet, da eine geringe Verzögerung
sogar gewünscht wird. Im Falle der kurzschlußartigen Überlastung (2 bis io Amp.
in Schwachstromnetzen) wird die Abschaltung ohnehin durch vorgeschaltete Abschmelzsicherungen
besorgt. Schalten diese aus irgendeinem Grunde nicht ab, so wird auch diese kurzschlußartige
Überlastung von diesem Überstromselbstschalter rechtzeitig abgeschaltet, ohne daß
es zu einer Verbrennung oder Explosion der Schmelzmasse kommt. Es kann nämlich die
für die Explosion der Schmelzmasse erforderliche hohe Temperatur gar nicht auftreten,
weil die im Halbleiter enthaltenen keramischen oder ähnlichen, elektrisch isolierenden
oder schlecht leitenden Bestandteile den durch den Überstrom entstehenden Wärmestoß
infolge ihrer hohen Wärmekapazität in sich aufnehmen. Bei den geringeren Überlastungen
(bis 1,2 Amp. in Schwachstromnetzen), für welche diese Überstromselbstschalter in
erster Linie die Abschaltung besorgen sollen, ist eine Verzögerung in der Größenordnung
von 4o bis 6o Sek. sogar aus anderen Gründen behördlich vorgeschrieben.
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Heizkörper mit einem solchen hohen spezifischen Widerstand sind für
thermisch auslösende Schutzeinrichtungen elektrischer Apparate bereits vorgeschlagen
worden, und zwar wurden sie in Kombination mit einem die Schaltung bewirkenden Bimetall
zur Erzielung einer verzögerten Abschaltung verwendet. Die im vorstehenden geschilderten
Schwierigkeiten, die durch die Brennbarkeit einer damit in unmittelbarer Berührung
stehenden Schmelzmasse entstehen, treten bei dieser bekannten Anordnung nicht auf,
weil eine solche Schmelzmasse nicht vorhanden ist.
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Zur weiteren Erhöhung der Wärmekapazität kann der Heizwiderstand noch
mit einer dünnen Schicht einer elektrisch nicht leitenden, hitzebeständglen Masse,
z. B. einer keramischen Masse, überzogen sein. Je schlechter diese Masse die Wärme
leitet, d. h. je mehr Wärmekapazität sie besitzt, desto mehr nimmt sie einen plötzlichen
Temperaturstoß auf, und die Schmelzmasse wird sich erst mit der gewünschten Verzögerung
erwärmen und die Abschaltung veranlassen.
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Weitere Gegenstände der Erfindung bilden die konstruktive Ausgestaltung
eines derartigen überstromselbstschalters, die trotz der erforderlichen Kleinheit
der Steuerteile eine sichere Funktion des selbsttätigen Abschaltens und des Wiedereinschaltens
von Hand sowie eine wirtschaftliche Massenfertigung gewährleistet. In der Zeichnung
ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. .i einen
Längsmittelschnitt durch einen Selbstschalter, Fig. 2 eine Ansicht im Sinne des
Pfeiles 1I der Fig. i bei abgenommenem Gehäuse und Fig. 3 die Steuerflächen in Abwicklung
und in einer anderen Betriebsstellung als in Fig. 2, alles in starker Vergrößerung.
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In einem abgestuften zylindrischen Metallmantel i, der als Anschlußkontakt
fungiert, geht der Strom über den im folgenden beschriebenen Weg zu dem beweglichen
Kontaktbolzen 2, der zentral und längs beweglich eingesetzt ist.
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Vom Metallmantel i geht der Strom über den metallischen Spulenflansch
3 zum einen Ende des Heizkörpers 4, der auf einer Isolierhülse 5 sitzt. Das andere
Ende schließt an den Spulenkörper 6 an, von dem der Strom auf den Druckbolzen 8
übergeht, der die Fortsetzung des Kontaktbolzens 2 bildet und mit diesen durch eine
hohlkonische Endbohrung 9 leitend verbunden ist, in welcher das konische Ende io
des KontaktbolZeIIS 2 durch eine Flaehdrahtschraubenfeder ri eingedrückt wird, die
sich einerseits an der Isolierhülse 12 und andererseits am Bund 13 abstützt.
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Aus dem Druckbolzen 8 ragt beiderseits ein Steuerbolzen 15 heraus,
der mit an dem Spulenkörper 6 und an dem aus Isolierstoff bestehenden Verriegelungs.teil
16 angeordneten Steuerflächen, wie unten näher beschrieben, zusammenwirkt. Den oberen
Absc,hluß des Verriegelungsteiles bildet ein ebenfalls aus Isolierstoff bestehender
Stellring der mittels Klauen 18 mit der Verriegelungshülse auf Drehung verbunden
ist.
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Der freie Raum zwischen dem Heizkörper 4 und dem Verriegelungsteil
16 ist mit einer hochisolierenden Schmelzmasse 20 vergossen, welche im festen Zustand
eine Verdrehung der Verriegelungshülse 16 gegenüber den Spulenkörpern 3, 4, 5, 6
verhindert. Hierzu sind überdies in der Verriegelungshülse 16 Fenster i9 vorgesehen,
in welche die Schmelzmasse 20 eindringt.
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In der Einschaltlage, wie sie strichpunktiert in Fig. i angedeutet
und in Fig. 3 dargestellt ist, drückt die Feder i i den Steuerbolzen 15 gegen die
eine Seite ai der dachförmigen Führungsfläche 21, 21' -der Hülse 6 und gleichzeitig
gegen die daran anschließende dachförmig abfallende Führungsfläche 22 der Verriegelungshülse
16, kann aber keine Verdrehung bewirken, weil die Schmelzmasse dies verhindert.
Fließt nun ein übermäßiger Strom durch den Heizkörper 4, so erweicht die Schmelzmasse,
und der Druck des Steuerbolzens auf die Schrägfläche 22 verdreht .die Hülse 16 nach
links, wobei der Bolzen in die axiale Längsführung 23 des Teiles 16 bzw. den Schlitz
24 des Teiles 6 eindringt, wodurch sich Kontaktbolzen 2 und Druckbolzen 8 in die
in Fig. i gezeichnete Ausschaltlage verschieben und der Strom unterbrochen wird.
Diese Lage ist auch in Fig. 2 dargestellt. Nun erstarrt die Schmelzmasse sofort
wieder. Wenn jetzt der Druckbolzen 8 zum "Zwecke der Wiedereinschaltung eingedrückt
wird, so gleitet der Bolzen 15 in
der Führung zuerst axial nach
oben, dann wie in Fig. 2 strichpunktiert angedeutet, entlang der oberen Schrägführung
25 des Stellringes 7 zum Scheitel dieser ebenfalls dachförmigen Führungsfläche und
geht dann bei Nachlassen des Druckes in die neue Ausgangsstellung 15', die einer
spiegelbildlichen Vertauschung der in Fig. 3 gezeichneten Ausgangsstellung entspricht.
Bei neuerlichem Ansprechen der Sicherung gleitet der Bolzen entlang der Führungen
21', 22' in die Längsführungen 23', 24', und beim Wiedereinschalten geht er über
die Führung 25' in die in Fig. 3 gezeichnete Ausgangsstellung zurück.
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Dadurch, daß der bewegliche Kontaktteil 2 mit dem Druckbolzen 8 nicht
aus einem Stück besteht, sondern nur an der Spitze des Kegels io diesen berührt,
wird erreicht, daß diese beiden Teile zwar einen in der Längsrichtung ausgeübten
Druck (Feder- bzw. Fingerdruck) übertragen, nicht dagegen eine Drehbewegung. Es
hat sich nämlich gezeigt, daß sonst die Verdrehung des Steuerbolzens 15 bei der
Wiedereinschaltung (beim Gleiten an den Flächen 25 oder 25') teilweise durch die
sich dabei anspannende Feder wieder kompensiert wird und der Bolzen so vor dem Scheitel
der FührungsfläChen 25 stehenbleiben kann, was verhindert, daß er beim nächsten
Ansprechen auf die andere Abschrägung der Flächen 21 bzw. 22 gelangt.
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Man kann auch das herausragende Ende des Bolzens 8 als Drehgriff ausbilden
und den Stellring 7 samt seinen Schrägflächen 25, 25' weglassen. Man drückt dann
zur Wiedereinschaltung den Bolzen 8 ein und dreht ihn anschließend bis zum Anschlag
an die äußere Wand er Führung 23 bzw. 23'. In diesem Falle entfällt auch die Trennstelle
9, io. Vielmehr können die Bolzen 2 und 8 aus einem durchlaufenden einzigen Bolzen
bestehen.