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Thermisches Abbild
Die vorliegende Erfindung bezieht sich Auf ein thermisches Abbild, welches für den Schutz yon Motoren verwendet werden kann.
Die meisten Einrichtungen zum Schutze von Elektromotoren gegen Überlastung eignen sich, abgesehen von einigen Spezialausfthrungen, nur für solche Elektromotoren, welche nicht sehr häufig und nur kurzzeitig überlastet werden. In der Praxis unterliegen jedoch die meisten Elektromotoren einem "häufigen Anlassvorgang (z. B. bei Elektromotoren für Werkzeugmaschinen) oder einer häufigen, mehr oder weniger lange dauernden, mitunter auch periodischen Überlastung (z. B. Kranmotoren). Bei Motoren, welche eine Schwungmasse antreiben, erfolgt der Anlassvorgang überdies noch bei hoher Belastung. Für derartige Motorentypen bieten nun die bisher allgemein verwendetenMotorschutzeinrichtungen keinen hinreichend sicheren Schutz.
Es ist zur Erreichung eines sicheren Schutzes fI1r derartige Motoren unumgänglich notwendig, dass die Erwärmung des Fühlorgans der Schutzeinrichtung mit der Erwärmung des heikelsten Motorteiles- (z. B. der Motorwicklung) gleich verläuft. Diese Eigenschaft zeigen die sogenannten thermischen Abbilder. Schutzeinrichtungen, welche derartige thermische Abbilder nicht verwenden, schalten zumeist den Motor bei einer längeren Überbelastung rascher ab als dies notwendig wäre. Dies hat zur Folge, dass die Motorleistung nicht ausgenützt werden kann und der Betrieb häufigen störenden Unterbrechungen unterworfen ist.
Es sind zwar Spezialausfilhrungen für den Schutz von Elektromotoren, welche unter schweren Betriebsbedingungen arbeiten, bekanntgeworden, jedoch sind diese Einrichtungen kompliziert und daher teuer, bedürfen einer ständigen Wartung und sind nur schwer einstellbar.
Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, ein thermisches Abbild zu schaffen, welches die oben erwähnten Nachteile vermeidet. Die Erfindung geht aus von einer Konstruktion, welche einen Temperaturfühler, zwei Heizkörper und einen Wärmespeicherteil enthält. Die Erfindung besteht hiebei im wesentlichen darin, dass der Temperaturfühler aus einem Kontaktthermometer, zweckmässig aus einem Kontaktquecksilberthermometer, besteht, dessen beide Heizwicklungen von einem Strom durchflossen werden, welcher dem Strom des Schützlings gleich oder proportional ist, und dass die eine Wicklung zwecks Abbildung von hohen, schnellen Temperaturänderungen (Stoss1ast) direkt am Kontaktthermometer angeordnet ist, während die zweite Wicklung zur Abbildung niedrigerer, langsamer Erwärmungen (keine Dauerüberlast)
unter Zwischenschaltung eines Wärme verzögernden Materials auf das Kontaktthermometer wirkt und über bzw. ausserhalb der ersten Wicklung angeordnet ist. Eine derartige Konstruktion weist die Vorteile einer einfachen Bauweise auf, welche lediglich wenige und betriebssichere Bauteile enthält, welche sowohl einzeln als auch in ihrer Gesamtheit leicht herstellbar sind. Die erfindungsgemässe Einrichtung benötigt nur einen geringen Platzbedarf und kann daher auch dort angewendet werden, wo dies bisher aus Raumgründen nicht möglich war. Funktionsmässig ergibt sich der Vorteil, dass die Belastung bzw. die Erwärmung des Schützlings, insbesondere des Elektromotors, ständig angezeigt wird, wobei auch ständig kontrollierbar ist, ob und in welchem Masse der Motor noch weiter belastet werden kann.
Die Erfindung gibt die Möglichkeit, hiefür auch eine Fernregelung anzuordnen. Das im Sinne der Erfindung zur Verwendung kommende Kontaktthermometer, welches zweckmässig einen so dicken Quecksilberfaden aufweist, dass bei 220V Betriebsspannung für kurze Zeit ein Kontaktschluss gegeben werden kann, über welchen ein Strom von 1A fliesst, bietet die Möglichkeit, den Weg des Fühlorgans relativ lange zu erstrecken. Bei Unterteilung dieser Strecke kann bei entsprechender Ausbildung der Einrichtung ein Vorsignal gegeben werden, wodurch in beliebigerweise Regelvorgänge ausgelöst werden können, welche unter Umständen dieAbschaltung un-
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nötig machen.
Dadurch wird die Zahl der im Betrieb stets störend empfundenen Abschaltungen wesentlich herabgesetzt.
In einer Umgebung, deren Temperatur unter zirka 350 C liegt, wird durch die Erfindung in vorteilhafter Weise eine die Nennbe1astung betreffende Belastung möglich. Das thermische Abbild ermöglicht in derartigen Fällen dadurch, dass der Temperaturverlauf des Kontalttthermometers im wesentlichen dem Temperaturverlauf des Motors gleich ist, eine die Innenbelastung übersteigende Belastung ohne Schädigung des Motors, wodurch die Leistungskapazität des Motors voll ausgenützt werden kann.
Zusätzlich zu den beiden, das Kontaktthermometer umgebenden Wicklungen, welche vom Strom des Schützlings oder von einem zum Strom des Schützlings proportionalen Strom durchflossen werden, können im Rahmen der Erfindung noch eine oder mehrere zusätzliche Heizwicklungen vorgesehen sein. Diese zusätzlichen Wicklungen können auch von einer andern Stromquelle als dem Motorstrom, z. B. von einem der Netzspannung proportionalen Strom. gespeist werden und sind z.B. in solchen Fällen mit besonderem Vorteil anwendbar, in welchem die auf die Eisenverluste zurückzuführende Erwärmung des Motors besonders hoch ist. In einem solchen Falle würde der Motor sogar bei einem längeren Leerlaufbetrieb zugrunde gehen, was jedoch durch eine zusätzliche dritte Wicklung am Kontaktthermometer verhindert werden kann.
Eine derartige dritte Wicklung kann aber auch dann vorgesehen sein, wenn das thermische Abbild nicht in dem den Motor umgebenden Luftraum, sondern an einer kälteren Stelle angeordnet wird. In einem solchen Falle wird durch die dritte Wicklung eine Temperaturkompensation erzielt.
Die beiden vom Strom des Schützlings bzw. von einem zu diesem Strom proportionalen Strom durchflossenen Heizwicldungen können im Rahmen der Erfindung parallel oder in Reihe geschaltet sein. Der Strom für diese Wicklungen kann z. B. von Stromwandlem abgenommen werden, welche in den Stromkreis des Schützlings eingeschaltet sind.
Die Erwärmungszeitkonstante des Schützlings kann im Rahmen der Erfindung durch einen beispielsweise mittels eines Elektromagneten bewegbaren Wärmeisoliermantels eingestellt werden, welcher zwischen den beidenHeizwicklungen angeordnet ist und entsprechend den Erfordernissen hinein-bzw. hlnausgeschoben werden kann. Eine derartige variable Wärmekapazität kann auch mit Hilfe einer Eisenpackung. variabler Dicke erzielt werden. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kannhiebei ein mit einer oder mehreren Abdeckungen für die Ventilationsöffnungen versehener Wärmeisoliermantel zur Anwendung gelangen.
Wenn die Temperatur der zu schützenden Motorwicklung bzw. des anders gearteten Schützlings über einen durch Erfahrung festgelegten Wert ansteigt, so wird durch die erfindungsgemässe Schaltung gesichert, dass die Temperatur des durch die Heizwicklungen erwärmten Quecksilberfadens des Kontaktthermometers gleichfalls diesen Temperaturweit annimmt. Es erfolgt somit zunächst das Vorsignal und hierauf die Kontaktgabe des Kontaktquecksilberthermometers, wodurch z. B. ein in der eigentlichen Motorschutzeinrichtung angeordnetes Relais anspricht und den Motor abschaltet.
Die Motorschutzeinrichtung kann hiebei zweckmässig mit zwei als Zweiphasenschutz ausgebildeten Kontaktquecksilberthermometern versehen sein, wobei vorzugsweise noch eine kleine Glimmlampe vorgesehen ist, welche anzeigt, ob die das Relais speisende Spannung vorhanden ist.
Das erHndungsgemässe thermische Abbild kann durch eine einfache Besichtigung leicht kontrolliert werden, da ja im Falle irgendeiner Beschädigung des Kontaktquecksilberthermometers dieses eine auffallende regelwidrige Form annimmt. Durch die oben erwähnte Glimmlampe wird auch angezeigt, wenn irgendeine im Relaiskreis liegende Leitung unterbrochen Ist, so dass der Relaisstrom ausfällt.
In der Zeichnung ist ejnAusführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Das
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ist, dass bei einer, z. B. bei Stosslast auftretenden raschen Erwärmung der Moton1icIdung die Temperatur, welche vom Kontaktquecksilberthermometer 1 angezeigt wird, der Temperatur desSchützlings rasch folgen kann. Wird die innere Heizwicklung 2 entsprechend dimensioniert. so zeigt es sich, dass bei einem konstanten Motorstrom die Motortemperatur zu niedrig angezeigt wird, da ja die Kühlverhältnisse für das Kontaktquecksilberthermometer 1 günstiger als für die Motorwicklung liegen.
Es ist deshalb eine zweite Heizwicklung 4 vorgesehen, welche mit der ersten Heizwicklung 2 in Reihe oder para. 11e ! geschaltet ist und die übermässige Kühlung des Kontaktthermometers 1 vermindert. Es kann durch diese sogenannte Temperaturstufe die Einregelung des Motorschutzes leichter und genauer vorgenommen werden, als wenn bloss eine Wärmeisolierung des Kontaktthermometers 1 vorgesehen wäre.
Zur Verhinderung einer Kühlung der Wicklungen 2, 4, wodurch das Messergebnis verfälscht werden würde, sind Abdeckplatten 3 vorgesehen.
Eine Anpassung an die Erwärmungszeitkontakte des Schützlings kann durch entsprechende Wahl der
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Wärmekapazität der Spulenhalterung oder gegebenenfalls auch anderer Bauteile erzielt werden. Vorzugsweise ist jedoch hiefür ein austauschbarer Metallzylinder 5 vorgesehen, durch welchen die Wärmekapazität im wesentlichen bestimmt wird.
Durch eine derartige thermische Abbildung kann die Temperatur eines Schützlings, z. B. der Motorwicklung, in jedem Betriebszustand mit der erwünschten Genauigkeit angezeigt werden.
Eine Weiterentwicklung des erfindungsgemässen thermischen Abbildes berücksichtigt den Umstand, dass gegebenenfalls die Warmeverlustverhältnisse des Schützlings in der Abkühlperiode anders als in der Erhitzungsperiode liegen. Dies ist z. B. bei einem Motor der Fall, bei welchem die Abkühlung im Lauf und im Ruhezustand naturgemäss verschieden ist. Zur Berücksichtigung dieses Umstandes kann im Rahmen der Erfindung ein verschiebbarer, ausserhalb der Wicklungen angeordneter wärmeisolierender Mantel 6 angeordnet sein. Dieser Mantel wird z. B. bei laufendem Motor entfernt und bei stillstehendem Motor über die Wicklungen gestülpt, was z. B. mittels eines Elektromagneten erfolgen kann, welcher z. B. vom Motorstrom erregt wird.
Es kann jedoch die Bewegung des Wärmeisoliermantels 6 auch in anderer Weise erfolgen.
Bin ähnlicher Effekt kann auch durch Schliessen bzw. Öffnen der Ventilationskanäle erreicht werden, wofür Klappen 7 vorgesehen sind.
Es können jedoch gemäss einer Ausführungsvariante der Erfindung auch bewegliche Teile überhaupt vermieden werden, wenn man von den Zeitkonstanten für Erwärmung und Abkühlung eine kombinierte Zeitkonstante errechnet, bei welcher sich der Motorschutz am günstigsten erweist.
Das Kontaktquecksilberthermometer l, welches den Temperaturfühler des thermischen Abbildes darstellt, kann auch als Maximum-Minimum-Thermometer ausgebildet werden. Das Kontaktquecksilberthermometer 1 kann in beliebiger, an sich bekannter Weise zur Steuerung des Motorstromkreises herangezogen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Thermisches Abbild, welches einen Temperaturfühler, zwei Heizkörper und einen Wärmespeicherteil enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler aus einem Kontaktthermometer, zweckmässig aus einem Kontaktquecksilberthermometer, besteht, dessen beide Heizwicklungen von einem Strom durchflossen werden, welcher dem Strom des Schützlings gleich oder proportional, ist und dass die eine Wicklung zwecks Abbildung von hohen, schnellen Temperaturänderungen (Stosslast) direkt am Kontaktthermometer angeordnet ist, während die zweite Wicklung zur Abbildung niedriger, langsamer Er- wärmungen (keine Dauerüberlast) unter Zwischenschaltung eines wärmeverzgernden Materials auf das Kontaktthermometer wirkt und tuber bzw. ausserhalb der ersten Wicklung angeordnet ist.