DE1202890B

DE1202890B - Ausloeseeinrichtung fuer elektrische Schaltgeraete

Info

Publication number: DE1202890B
Application number: DEL32004A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Friedrich Wegmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1958-12-17
Filing date: 1958-12-17
Publication date: 1965-10-14

Description

Auslöseeinrichtung für elektrische Schaltgeräte Die Erfindung betrifft eine Auslöseeinrichtung für elektrische Schaltgeräte, deren Schaltmechanismus durch chemische Reaktionen, insbesondere Sprengladungen, ausgelöst oder betätigt wird und deren zur Zündung der Sprengladungen notwendige elektrische Energie von dem zu unterbrechenden Strom selbst erzeugt wird.
Es ist bekannt, die zur Ausführung von Schalthandlungen in Schaltgeräten benötigte Kraft durch chemische Reaktionen zu erzeugen. So sind Schaltgeräte bekanntgeworden, bei denen der den Strom führende Leiter durch Detonation einer Sprengkapsel aufgesprengt und damit, manchmal unter Zuhilfenahme parallelgeschalteter Löscheinrichtungen, der Strom unterbrochen wird. Die Einleitung bzw. Auslösung der notwendigen chemischen Reaktion erfolgt durch elektrische Zündung. Es werden z. B. elektrische Leiter durch einen Auslösestrom erwärmt oder zerschmolzen und dadurch eine chemische Reaktion eingeleitet. Die notwendige elektrische Energie wird Stromquellen, die nicht direkt mit dem aufzutrennenden Stromkreis, in dem das Schaltgerät liegt, im Zusammenhang stehen, z. B. aufgeladenen Kondensatoren, Batterien u. ä., entnommen. Diese Auslöseeinrichtungen sind, besonders wenn sehr kurze Auslösezeiten erreicht werden sollen, sehr kompliziert und daher auch relativ leicht störanfällig.
Viel weniger aufwendig sind dagegen Auslöseeinrichtungen, die ohne eine Fremdspannungsquelle im Zündkreis arbeiten, bei denen also die zur Zündung der Sprengladung notwendige elektrische Energie von dem zu unterbrechenden Strom selbst erzeugt wird. So wird bei einer bekannten Auslöseeinrichtung dieser Art der Zündimpuls von einer von dem zu unterbrechenden Strom durchflossenen Spule über ein Schnellrelais bei erhöhtem Strom abgenommen und einem in einem Hilfsstromrelais liegenden Sprengsatz zugeführt. Diese Einrichtung kann auch so abgeändert werden, daß in der Spule selbst oder in einer mit ihr verketteten Hilfsspule bei plötzlichen Stromstößen eine erhöhte Spannung erzeugt wird, die unmittelbar zur Zündung des Sprengsatzes dient.
Die Anwendung eines Relais, selbst wenn es ein Schnellrelais ist, führt jedoch nicht zu kürzesten Auslösezeiten, denn die Ansprechzeit eines Schnellrelais beträgt immer noch einige Millisekunden. Diese Zeit ist aber im Vergleich zu der Auslösezeit von 20 bis 100 [ts, die für die bekannten Stromunterbrecher mit detonierenden Sprengladungen benötigt wird, zu hoch. Auf sehr viel kürzere Auslösezeiten würde man dagegen mit der anderen bekannten Auslösung mit einem durch erhöhte Spannung in einer Spule erzeugten Strom kommen. Doch läßt sich diese Auslöseeinrichtung nicht im praktischen Betrieb verwenden, weil mit ihr bei jeder plötzlichen überspannung von nur wenigen Mikrosekunden Dauer eine unerwünschte Auslösung des Schaltgerätes erfolgen könnte.
Derartige Mängel können bei der Auslöseeinrichtung nach den Ansprüchen nicht auftreten, da bei dieser erfindungsgemäß in den zu unterbrechenden Stromkreis ein Widerstand eingeschaltet ist, daß er bei Überstrom schmilzt und dadurch einen Lichtbogen einleitet, dessen Spannung einen hohen Strom über einen Zünder treibt. Die Erfindung macht sich die bekannte Tatsache zunutze, daß an durchschmelzenden Drähten wegen der großen Widerstandserhöhung sehr hohe Spannungen entstehen, die erheblich über dem Spannungsabfall liegen, der bei normaler Strombelastung vorhanden ist. Mit diesen Spannungen ist es ohne weiteres möglich, Ströme von mindestens 100 bis 150 A durch eine Sprengkapsel zu treiben und somit zu Auslösezeiten von 100 bis 120 [ts zu gelangen.
Damit erreicht die Auslöseeinrichtung nach den Ansprüchen praktisch die gleichen kurzen Auslösezeiten wie die bekannten Stromunterbrecher mit detonierenden Sprengladungen, aber ohne daß sie deren höheren technischen Aufwand benötigt. Andererseits kann ein Widerstand nicht bei nur kurzzeitig auftretenden Spannungsstößen schmelzen, so daß keine unerwünschte Auslösung des Schaltgerätes erfolgt.
Durch Verwendung einer Impedanz als Schmelzwiderstand oder als zusätzlich zum Schmelzwiderstand in Reihe liegend bzw. durch Verwendung eines Widerstandes mit einem größeren positiven Temperaturkoeffizienten läßt sich eine weitere Erhöhung der Spannung im Zündstromkreis und damit des Zündstromes beim Schmelzen des Widerstandes erreichen. Damit die Zündung der Sprengladung nur nach Überschreiten eines bestimmten Schwellwertes des Zündstromes erfolgt, können in an sich bekannter Weise zwischen Zündspannungsquelle, also dem Schmelzwiderstand, und Zünder spannungsabhängige Widerstände oder Impedanzen geschaltet sein. Als solche spannungsabhängige Widerstände können Trockengleichrichter dienen, die einen ausgeprägten Knick in der Strom-Spannungs-Kennlinie haben und bei erhöhten Spannungen ihren Widerstand verringern. Eine ähnliche Wirkung läßt sich durch Drosseln mit Schaltdrosseleisen oder magnetische Übertrager mit nichtlinearer Kennlinie erreichen.
Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, den Schmelzleiter einer Sicherung durch eine Sprengladung in kürzester Zeit zu zerstören, wobei diese Sprengladung durch das Schmelzen eines Hilfsschmelzleiters ausgelöst wird, sobald bei einem Kurzschlußstrom an dem Hauptschmelzleiter ein größerer Spannungsabfall auftritt, der die Schwellspannung eines mit dem Hilfsschmelzleiter in Reihe liegenden Trockengleichrichters überschreitet und dadurch einen stärkeren Strom in diesem Kreis hervorruft. Einer solchen Einrichtung ist jedoch der Gegenstand der Erfindung nicht gleichzusetzen, da für die Bemessung von Sicherungen, deren Aufgabe es ist, Ströme unter Lichtbogenlöschung zu unterbrechen, und deren Schmelzleiter zur Erzeugung eines Spannungsabfalls für einen Auslösekreis mit einem Sprengsatz dient, andere Gesichtspunkte gelten als für eine mit Sprengladungen arbeitende Auslöseeinrichtung von Schaltgeräten, bei der beim Schmelzen eines Leiters zwar ebenfalls ein Lichtbogen entsteht, der aber nicht gelöscht zu werden braucht, weil die Stromunterbrechung selbst in dem Schaltgerät vorgenommen wird.
Die Auslöseeinrichtung nach den Ansprüchen wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In F i g. 1 ist mit 1 ein Leiter des durch das Schaltgerät 2 zu schützenden Stromkreises bezeichnet, in dem ein Schmelzwiderstand 3 liegt, an dem die zur Zündung der Auslöseeinrichtung 4 notwendige Spannung abfällt. Die Gleichrichter in Antiparallelschaltung 5 stellen einen spannungsabhängigen Widerstand dar, so daß beim Anwachsen des Spannungsabfalls am Schmelzwiderstand von einem gewissen Schwellwert ab der Widerstand der Gleichrichter sehr viel kleiner wird und damit der Strom im Zünder 6 plötzlich anwächst. In F i g. 2 ist die Stromspannungskennlinie eines Trockengleichrichters (Kupferoxydul-Gleichrichter) dargestellt.
Statt der Gleichrichter 5 kann man bei Wechselstromkreisen eine Drosselspule 7, deren Eisenkern aus einem Material mit ausgeprägtem Sättigungsknick besteht, wie es z. B. von Schaltdrosseln in der Kontaktstromrichtertechnik bekannt ist, verwenden. Bei Nennstrom im Hauptkreis ist die Spannung am Zündkreis gerade so groß, daß das Drosselspuleisen noch nicht in der Sättigung ist, die Impedanz also sehr groß ist und nur ein geringer Strom fließt. Bei Überschreiten des Nennstromes kommt das Drosselspuleisen in die Sättigung, die Impedanz wird klein, der Strom so groß, daß er zur Zündung ausreicht.
In F i g. 3 ist ein Beispiel für die Auslösung der Zündung mittels magnetischer Übertrager dargestellt. 1 ist wieder ein Leiter des durch das Schaltgerät 2 zu schützenden Wechselstromkreises. An dem Schmelzwiderstand 3' wird eine Spannung abgenommen und mittels des Gleichrichters 14 gleichgerichtet. Diese Spannung treibt über die Spule 15 des magnetischen Übertragers 16 einen Strom. Der Mittelsteg 17 des magnetischen Übertragers 16 besteht aus einem auswechselbaren Dauermagneten 18, der so gepolt ist, daß sein Fluß dem von der Spule 15 erzeugten Fluß in den unter Umständen mit einem nichtmagnetischen Spalt 19 (z. B. Luftspalt) versehenen Schenkel 20 abdrängt. Wird nun die in der Spule 15 erzeugte magnetische Feldstärke durch einen im Leiter 1 fließenden Überstrom so groß, daß sie die Koerzitivkraft des Dauermagneten 18 überschreitet, so wird der Dauermagnet ummagnetisiert.-- Damit- tritt- im Mittelsteg eine Flußänderung ein, die in der Spule 21 eine Spannung erzeugt und dann einen Strom im Auslösekreis über den Zünder 22 des Auslösegeräts treibt. Das Schaltgerät wird ausgelöst.
Die von der Spule 15 erzeugte und am Magneten 16 anliegende Feldstärke bei Nennstrom im Leiter 1 darf jedoch nur so groß sein, daß die Reversibilität im Dauermagneten 18 erhaltenbleibt. Dadurch wird verhindert, daß der Dauermagnet mit der Zeit entmagnetisiert wird. Bei einem Überstrom, der zwar nicht ausreicht, in der Spule 15 eine Feldstärke von der Größe der Koerzitivkraft des Dauermagneten 18 zu erzeugen, wird dann dennoch nach einer gewissen Zeit eine Ummagnetisierung des Dauermagneten erfolgen, wie an Hand der F i g. 4 erläutert wird.
Der Überstrom erzeuge eine Feldstärke -Hl im Strommaximum, der Dauermagnet 18 behält eine Induktion entsprechend Punkt a. Beim Rückgang des Wechselstromes vom Maximum zum Nulldurchgang bewegt sich die Induktion B von Punkt a nach Punkt b, von dort nach Punkt c beim nächsten Strommaximum, um sich dann im nächsten Stromnulldurchgang im Punkt d zu befinden usw., d. h., im Mittelsteg fließt ein Wechselfluß so lange, bis die in der Wicklung 21 erzeugte elektrische Energie den Zünder 22 zum Ansprechen gebracht hat und damit das Schaltgerät 2 zum Ausschalten kommt. Die Anordnung arbeitet grundsätzlich auch dann, wenn ein magnetischer Übertrager 16 (in F i g. 3) ohne den dritten Schenkel 20 verwendet wird.
Der Magnet 18 und der Zünder 22 müssen nach jeder Auslösung ausgewechselt werden, konstruktiv können jedoch Zünder und Magnet 18 zu einer auswechselbaren Einheit zusammengefaßt werden.
In F i g. 5 ist ein Beispiel für die Auslösung der Zündung in einem Gleichstromkreis dargestellt. 1 ist wieder ein Leiter des durch das Schaltgerät 2 zu schützenden Gleichstromkreises. Parallel zum Schmelzwiderstand 3" liegt die Wicklung 15 des aus F i g. 3 bekannten magnetischen Übertragers 16 mit dem Dauermagneten 18 und der Auslösewicklung 21. Der Auslösevorgang bei Überstrom entspricht dem oben geschilderten.

Claims

Patentansprüche: 1. Auslöseeinrichtung für elektrische Schaltgeräte, deren Schaltmechanismus durch chemische Reaktionen, insbesondere Sprengladungen, ausgelöst oder betätigt wird und deren zur Zündung der Sprengladungen notwendige elektrische Energie von dem zu unterbrechenden Strom selbst erzeugt wird, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß in den zu unterbrechenden Stromkreis ein Widerstand eingeschaltet ist, der so bemessen ist, daß er bei Überstrom schmilzt und dadurch einen Lichtbogen einleitet, -dessen Spannung einen hohen Strom über einen Zünder treibt.
2. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmelzwiderstand oder zusätzlich zum Schmelzwiderstand eine Impedanz in den Stromkreis geschaltet ist.
3. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand einen größeren positiven Temperaturkoeffizienten hat.
4. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Zündspannungsquelle und Zünder spannungsabhängige Widerstände oder Impedanzen geschaltet sind.
5. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als spannungabhängiger Widerstand ein Halbleitergleichrichter dient.
6. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als spannungsabhängige Impedanz eine Drossel mit Schaltdrosseleisen dient.
7. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Zündspannungsquelle und Zünder ein magnetischer Übertager mit nichtlinearer Kennlinie geschaltet ist. B. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetischer Übertrager mit einem Permanentmagneten vorgesehen ist, der einen von einer Erregerwicklung (15) erzeugten magnetischen Fluß bis zu einem gewissen Schwellwert von einem mit einer Auslösewicklung (21) versehenen Schenkel (17) fernhält. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 940 309, 338 062; schweizerische Patentschriften Nr. 325 995, l57 449; AEG-Liste Sg N, Nr. 110 a, Februar 1951; ETZ-A, 79. Jahrgang vom 11.1.1958, S. 33 bis 40. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsche Patente Nr. 1064 613, 1060 468.