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Einrichtung zum Schutze von elektrischen Leitungen, Maschinen und Apparaten mittels eines im
Strom des Kühlmittels liegenden Zeitelements.
Zum Schutze von Maschinen und Leitungen gegen Überlastung verwendet man oft thermisch wirkende Überstromzeitrelais. Prinzipiell bestehen solche Zeitrelais aus einer durch den Strom gespeisten Heizvorrichtung, die eine mechanische Vorrichtung heizt. Diese mechanische Vorrichtung kann z. B. ein Bimetallstreifen sein, der je nach der Dauer der Erwärmung seine Gestalt verändert und dadurch den Stromschluss für irgendein Hilfsrelais zur Ausschaltung des Stromkreises der zu schützenden Maschine oder Leitung herbeiführt.
Die Heizwicklung kann ferner eine Flüssigkeit oder ein Gas erwärmen, durch dessen Ausdehnung direkt oder indirekt ein Kontakt geschlossen wird. der die zu schützende Maschine oder Leitung abschaltet. Alle diese Zeitrelais beruhen darauf, dass die zugeführte Wärme-
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gesamten zu schützenden Kreises, t die Zeit, nach der der Stromkreis abgeschaltet wird, Jg den Grenzstrom, mit dem die zu schützende Maschine oder Leitung dauernd belastet werden darf. Die Ströme, die bei gleicher Wärmemenge Q während einer Zeit t fliessen dürfen, sind graphisch in Abhängigkeit von der Zeit t in der Fig. i dargestellt. Diese Kurven nennt man Überlastungscharakteristiken oder Stromzeitkurven der zu schützenden Teile.
Die thermisch wirkenden Überstromzeitrelais sind nun so eingerichtet, dass sie eine gleiche oder ähnl ; che Chaiakteristik haben, wie die zu schützenden Maschinen oder Leitungen. Aus den Kurven ergibt sich, dass die Zeit, während der ein bestimmter Strom fliessen darf, um so kürzer ist, je grösser der Strom ist, und um so länger, je kleiner der Strom ist. Je nachdem, wie man die Wärmeträgheit der Relais gestaltet, wild man also die Zeit für die Abschaltung länger oder kürzer wählen können.
Es ist eine bekannte Erscheinung, dass die Zeit, in welcher die Beharrungstemperatur bei einer elektrischen Maschine oder Leitung eintritt, um so kürzer ist, je besser diese gekühlt (ventiliert) wird. Wenn daher ein thermisch wirkendes Zeitelement in dem Kühlstrom der gegen Überlastung zu schützenden Maschine angeordnet ist, so wird die Wärmeträgheit dieses Elementes ebenfalls vermindert. Diese Verminderung der Wärmeträgheit des Zeitelementes, welche bereits an sich kleiner ist als die Wärmeträgheit der Zuleitungen, ist nicht erwünscht.
Nach der Erfindung wird nun diese Verminderung der Wärmeträgheit des Zeitelementes dadurch beseitigt, dass die Menge des in der Zeiteinheit dem Zeitelement zugeführten Kühlmittels, also zweckmässig die Geschwindigkeit des dieses Element kühlenden Mittels, für sich geregelt, d. h. vermindert wird ; das Zeitelement behält auf diese Weise seine der Zuleitung besser angepasste Trägheit bei, spricht aber an, wenn aus irgendeinem Grunde die Zufuhr des Kühlmittels unterbunden oder verringert wird oder aus einem anderen Grunde die Wärme des Kühlmittels zu hoch steigt.
Da im allgemeinen zwar die Stromzuleitungen dauernd ohne Gefahr um einen gewissen Wert überlastet werden können, die richtig ausgenutzte Maschine dagegen nicht, so kann durch eine entsprechende Verminderung der Geschwindigkeit des Kühlmittels, soweit es das Zeitelement beeinflusst, dessen Temperatur gesteigert werden, mit der Wirkung, dass der Grenzstrom heruntergeht, und zwar in dem Masse, wie die Maschine durchwärmt wird.
Durch diese Massnahme wird dann sowohl die Leitung als auch gleichzeitig die Maschine gegen Überhitzung geschützt. Andrerseits kann auch bei noch kalter Maschine keine Über- hitzung der Leitung eintreten, da die Wärmeträgheit des Relais von vornherein kleiner ist als diejenige der Leitung. Die Anordnung kann so getroffen sein, dass der beheizte Teil des Zeitelementes nur teilweise in den Hauptkühlstrom hineinragt, sein übriger Teil dagegen von einem Kühlstrom veränderlicher Geschwindigkeit umspült wird. Die Geschwindigkeit des das Element umspülenden Kühlmittels kann durch ganze oder teilweise Abschliessung des Elementes oder durch Drosselung des an ihm wirksamen Kühlstromteiles geregelt werden.
Insbesondere kann auch das Zeitelement in einer Kapsel angeordnet sein, die durch regelbare Öffnungen mit der Kühlmittelleitung in Verbindung gesetzt werden kann, so dass ein grösserer oder ein geringerer Teil des Kühlmittels in der Kapsel das Zeitelement bespült.
Das Zeitelement wird zweckmässig nahe dem Austritt des Kühlmittels aus der Maschine angeordnet, so dass das Kühlmittel lediglich heizend auf das Zeitelement wirkt.
Die Wirksamkeit der Einrichtung zeigen die Schaulinien in Fig. If
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Die Überlastungscharakteristik der Maschine sei durch die Kurve a-b dargestellt, diejenige der Leitung durch die Kurve c-d. Ein mit Rücksicht auf erhöhte Kühlwirkung bemessenes thermisches Zeitrelais würde etwa die punktierte Stromzeitkurve haben. Durch die Verminderung der Kühlmittelgeschwindigkeit am Zeitelement kann jedoch die Kurve c-d wieder erhalten werden.
Wird nun die Kühlmittelgeschwindigkeit am Zeitelement weiter verringert, so dass eine zusätzliche Erwärmung eintritt infolge der erwärmten Maschine, so sinkt die Asym- ptote jb, d. i. der Grenzstrom des thermischen Relais, herab und kann unter günstigen Umständen bis auf den Grenzstrom JA, der Maschine herabgedrückt werden. Die so erhaltene Stromzeitkurve hat dann etwa den Verlauf e-f und die Auslösezeiten sind kleiner als die zulässigen Überlastungszeiten sowohl der Leitung als auch der Maschine und somit sind beide gleichzeitig geschützt unter Verwendung nur eines einzigen Zeitrelais.
Wie diese Verminderung der Kühlmittelgeschwindigkeit erreicht wird, zeigen die Fig. 2 und 3. Der vom elektrischen Hauptstrom durchflossene Heizwiderstand a befindet sich nur teilweise im vollen Strom b des Kühlmittels während der andere Teil nur von einem Teilkühlstrom c dU1 ch Öffnungen à und e umspült wird. Dessen Geschwindigkeit wird durch geeignete Bemessung der Durchtrittsöffnungen d und e, die auch verstellbar sein können, geregelt. Für die Erwärmung ist nämlich nicht nur die Temperatur des umgebenden Kühlmittels, sondern auch die Geschwindigkeit desselben massgebend. Von der letzteren hängt die Ableitung der erzeugten Wärmemenge und damit auch die Temperatur des gekühlten Gegenstandes ab.
Der Teil des Relais, der von der schneller bewegten Luft gleicher Tempe- ratur umspült wird, kühlt sich mehr ab als der andere Teil, sofern nur die Luft kälter ist als das Relais.
Unter Umständen ist es zweckmässig, die Öffnungen für den Durchtritt des Teilkühlstromes ganz zu verschliessen, so dass das Zeitelement a vollständig eingekapselt ist, wie dies z. B. in Fig. 3 dargestellt ist. Dies geschieht vornehmlich dann, wenn der Grenzstrom des Relais bei erwärmter Maschine und erwärmtem Kühlmittel herabgesetzt werden soll.
Wird nämlich inmitten des Kühlstromes das Relais ganz eingekapselt, so befindet sich dasselbe in ruhiger warmer Luft. Die Umgebung des Relais ist also wärmer, die Wärmeableitung infolge der Abschliessung gering, so dass zwar die Umgebungstemperatur erhöht, aber die Wärmeabfuhr verringert wird. Dadurch wird bei erwärmter Maschine die Temperatur des Zeitelementes höher sein als bei der gleichen Stromstärke und kälterer Maschine.
Es wird somit der Grenzstrom, bei dem das Relais auslöst, herabgesetzt.
Die Regelung der Kühlmittelgeschwindigkeit kann auch durch Abdrosseln mittels einer von aussen einstellbaren Drosselklappe oder durch Verdrehen einer teilweise geschlossenen Kapsel (Fig. 4 und 5) geschehen. Durch Drehen der Kapsel von der ersten (Fig. 4) in die zweite (Fig. 5) Lage kann die Kühlmittelgeschwindigkeit in der unmittelbaren Umgebung des Heizkörpers allmählich verändert werden.
In welcher Weise die Regelung geschieht, ist für das Wesen der Erfindung belanglos.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Einrichtung zum Schutze von elektrischen Leitungen, Maschinen und Apparaten mittels eines im Strom des Kühlmittels liegenden Zeitelementes (Überstromzeitrelais, Sicherungen o. dgl. ), dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des in der Zeiteinheit das Zeit- element beeinflussenden Kühlmittels unabhängig von dem Kühlmittelhauptstrom geregelt wird.