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Schutzvorrichtung für elektrische Stromkreise.
Zum Schutz von elektrischen Maschinen, Apparaten und andern Stromkreisen gegen zu hohe Erwärmung verwendet man einerseits sogenannte Schmelzsicherungen, die aus einem vom Strom durchflossenen Draht bestehen, der bei Überschreitung einer gewissen Stromstärke infolge der in ihm erzeugten
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beispielsweise zum Anlassen der Maschine aushalten, so bilden sie keinen wirksamen Schutz gegen eine zu hohe Erwärmung der Maschine durch eine längere, aber weniger starke Überlastung. Anderseits sind auch Einrichtungen bekannt. die nicht durch die in ihnen selbst erzeugte Stromwärme, sondern durch die Wärme des zu schützenden Gegenstandes in Tätigkeit versetzt werden und zu diesem Zwecke entweder in den zu schützenden Gegenstand selbst oder in eine, die gleiche Wärmekonstante besitzende Hilfsspule eingebaut werden. Solche Einrichtungen, die z.
B. aus einem Kontaktthermometer oder einer Lötstelle aus leicht schmelzbarem Metall bestehen, sollen im folgenden als "Temperatursicherung" im Gegensatz zu den vorerwähnten"Schmelzsicherungen" bezeichnet werden. Die bekannten Temperatur- sicherungen schützen zwar den Stromkreis gegen zu hohe Erwärmung, sie haben aber den Nachteil, dass sie ein betriebssicheres Abschalten nur bei kleinen Strömen ermöglichen. Bei grossen Stromstärken (z. B. Motoren) hat man deshalb diese Temperatursicherungen in Verbindung mit Relais zur Auslösung von Selbstschalter benutzt. Diese Einrichtungen sind aber sehr kostspielig und lassen sich wegen des grossen Raumbedarfes vielfach überhaupt nicht anwenden.
Diese Mängel werden gemäss vorliegender, Erfindung vermieden durch die Vereinigung einer Temperatursicherung mit einer Schmelzsicherung in der Weise, dass durch die Temperatursicherung nur die Einleitung, dagegen durch die Schmelzsicherung die wirkliche Vollziehung des Abschaltvorganges bewirkt wird. Dadurch wird ein überaus einfacher und zugleich zuverlässiger Wärmeschutz auch bei grossen Strom- stärken geschaffen. Die Temperatursicherung kann entweder selbst stromführend ausgebildet sein oder auch mechanisch auf einen Kontakt einwirken, der beim Ansprechen der Temperatursicherung einen vermehrten Strom durch die Schmelzsicherung leitet und diese dadurch zum Abschmelzen bringt.
Schliesslich kann die Temperatursicherung, welche als leicht auswechselbare Patrone ausgebildet ist, entweder selbst in den zu schützenden Apparat eingebaut oder auch von einer besonderen, die Erwärmung bewirkenden Hilfsspule umgeben sein. Im letzteren Falle wird die Spule mit den beiden Sicherungen zweckmässig ineinemgemeinsamen Gehäuse untergebracht. Dabeikann die Temperatursieherungvorteilhaft als beweglicher Magnetkern ausgebildet sein, so dass sie von ein und derselben Spule nicht nur durch deren Wärme, sondern auch durch deren elektromagnetische Wirkung in ähnlicher Weise wie bei Selbstschalter beeinflusst wird.
Umzu verhüten, dass bei defekter oder fehlender Schmelzsicherung der ganze Strom durch die Temperatursicherung fliesst und durch diese allein abgeschaltet werden muss, kann die Schaltstelle der Temperatursicherung auch vorteilhaft mit der Schmelzsicherung in Reihe aber zu einem zweiten Stromkreis parallelgeschaltet sein, wobei die zusätzlicheErwärmungderSehmelzsieherungdurch einen dieserparallelen Strom- zweige erfolgt.
Neben der den Temperatursicherungen innewohnenden Trägheit, welche sie für die normal vorkommenden Überlastungen so geeignet macht, kann der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Schutzvorrichtung jedoch zweckmässig auch noch eine Empfindlichkeit gegen kurzzeitig vor-
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das Kniehebelpaar 22 auseinandergespreizt und dadurch gegen die mit den Enden der Schmelzsicherung 3 verbundenen Kontaktfedern 23 gepresst wird. Die zur Öffnung des Hilfsschalters 20 dienende Vorrichtung besteht aus einem in der Spule 1 beweglich angeordneten Magnetkern 25, der durch eine schwache Feder 24 für gewöhnlich in der in Fig. 6 gezeichneten Tieflage gehalten wird.
Das obere Ende des Magnetkernes 25 ist als dünner Stift 26 ausgebildet, welcher sich mit seiner Endplatte 27 von unten gegen den Kopf 28 einer unmagnetischen Hülse 29 legt. Letztere steht unter Wirkung der Feder 30, welche den Kopf 28 emporzudrücken bestrebt ist und durch die Lötstelle 2 für gewöhnlich hieran gehindert wird. Bei Über- schreitung einer gewissen Temperatur der Spule 1 erweicht die Lötstelle 2 und die Hülse 29 drückt durch die freiwerdende Wirkung der Feder 30 das Kniehebelpaar nach oben durch. Dadurch ziehen sich die federnden Schenkel 21 nach innen zusammen und ihre Berührung mit den Kontaktfedern 23 wird aufge- hoben, so dass nun die Sicherung 3 zum Durchschmelzen kommt.
Die in Fig. 6 und 7 dargestellte Einrichtung wirkt aber nicht nur bei Überschreitung einer gewissen Temperatur, sondern auch bei Auftreten einer plötzlichen, unzulässig hohen Stromstärke, indem dann der die unmagnetische Hülse 29 tragende Magnetkern 25 durch die elektromagnetische Wirkung des
Stromes in die Spule hineingezogen wird und dadurch ebenfalls das Kniehebelpaar 22 zur Öffnung des
Hilfsschalters nach oben durchdrückt. Auf diese Weise wird insbesondere bei auftretendem Kurzschluss ein schnelles Abschalten des Stromes erreicht, bevor eine schädliche Erwärmung der Wicklung eintreten kann.
Um die Schutzvorrichtung nach dem elektromagnetischen Ausschalten von Neuem in Betrieb zu setzen, ist es nur notwendig, den Deckel 31 um das Gelenk 32 aufzuklappen, die durchgebrannte Sicherung herauszunehmen und den Hilfsschalter 20 mittels eines durch die Öffnung 33 zu steckenden Stiftes in die gezeichnete Schlusslage zurückzudrücken, worauf das Einsetzen einer neuen Sicherung erfolgen kann.
Durch die Anordnung der Sicherung 3 über dem Zugangslüch 33 für den Hilfsschalter wird eine Verriegelung dieser Stromzweig insoweit erreicht, als ein Wiedereinlegen des Hilfsschalters 20 nur bei herausgenommener Sicherung 3 möglich ist. Beim Schmelzen der Lötstelle 2 infolge zu hoher Erwärmung muss natürlich auch dieser Teil der Vorrichtung ausgewechselt werden. Zum Schutz gegen mechanische
Beschädigung kann die ganze Vorrichtung noch von einem Metallmantel 36 umgeben sein.
Bei den in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispielen mit parallel zur Temperatursicherung liegender Schmelzsicherung müsste bei fehlender oder defekter Schmelzsicherung das Abschalten des
Stromes allein durch die Temperatursicherung bewirkt werden, was aber bei hohen Stromstärken nicht mit der nötigen Betriebssicherheit erfolgen könnte. Um die daraus sich ergebenden Gefahren zu beseitigen, kann die Schaltstelle der Temperatursicherung in Abhängigkeit von der Schmelzsicherung, z. B. durch ein mechanisches Gesperre, blockiert sein, so dass das Ansprechen der Temperatursieherung bei fehlender oder defekter Schmelzsicherung keine Unterbrechung des Stromkreises zur Folge hat.
Es findet dann wohl ein Schmelzen des Lotes infolge der Temperatursteigerung in dem zu schützenden Apparat bzw. der Heizspule der Temperatursicherung statt, die Schaltstelle der letzteren wird aber durch das Gesperre geschlossen gehalten. Vorteilhafter ist es jedoch, die Schaltung, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 8. so zu wählen, dass die Schaltstelle der Temperatursicherung mit der Schmelzsicherung in Reihe liegt. so dass bei fehlender oder defekter Schmelzsicherung der Stromkreis, in dem der zu schützende Apparat liegt, überhaupt unterbrochen ist. Eine derartige Schaltung ist aus Fig. 8 zu ersehen. Dabei liegt die von der Temperatursicherung 2 betätigte Schaltstelle 20 in Reihe mit der Schmelzsicherung 3, welche in diesem Falle so gewählt wird, dass sie den vollen Arbeitsstrom zu leiten vermag, ohne sich übermässig zu erwärmen.
Die Schmelzsicherung ist von einer Heizspule 16 umgeben, die durch den Schalter 20 der Temperatursicherung gewöhnlich kurz geschlossen ist, so dass der Arbeitsstrom über die Schmelzsicherung und den Schalter 20 der Temperatursicherung fliesst. Wird beim Ansprechen der Temperatursicherung durch das Auflöten der Lötstelle 2 der Schalter 20 geöffnet, so wird der Kurzschluss der Heizspulenwicklung JM aufgehoben. Der Strom fliesst dann durch die Schmelzsicherung 3 und die sie umgebende Heizspule 16, wodurch die Schmelzsicherung vermittels der Heizspule eine zusätzliche Erwärmung erfährt, die da Durchschmelzen der Sicherung 3 zur Folge hat. Der Arbeitsstrom wird somit gefahrlos abgeschaltet.
Fehlt die Schmelzsicherung oder ist sie defekt, so ist der zu schützende Stromkreis von vornherein stromlos.
In Fig. 9 ist eine Schaltung dargestellt, welche insbesondere für induktive Stromverbraucher, z. B. für die Feldwicklung grösserer Motoren, und für ähnliche Fälle geeignet ist, wo beim Abschalten infolge Freiwerdens magnetischer Energien leicht Überspannungen und Lichtbogenerächeinungen auftreten. Hiebei pflegt man der Feldwicklung einen Schutzwiderstand beizuschalten, durch den ein Ausgleich der magnetischen Energien stattfinden kann. Wenn dieser Widerstand, wie üblich, dauernd parallel geschaltet ist, so stellt er einen unnötigen Energieverlust dar. Bei der Anordnung einer mit einer Schmelzsicherung kombinierten Temperatursicherung gemäss der Erfindung ist es möglich, den Schutzwiderstand für gewöhnlich abzuschalten. Beim Ansprechen der Temperatursicherung wird dann der Schutzwiderstand parallel zum Stromverbraucher, z.
B. der zu schützenden Feldwicklung geschaltet, während gleichzeitig die gewöhnlich parallel zum Schalter der Temperatursicherung liegende Schmelzsicherung den vollen Arbeitsstrom erhält und dadurch zum Durchschmelzen gebracht wird und somit den Arbeitsstrom abschaltet.
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In Fig. 9 ist 1 die Magnetwieklung-des zu schützenden Motors, in den die Temperatursicherung unmittelbar eingebaut ist, 2 die Lötstelle der letzteren und 3 eine Schmelzsicherung, die so bemessen ist, dass sie schon beim Durchgang des normalen Arbeitsstromes durchschmilzt. Die Schmelzsicherung liegt, wie in den Fig. 1-7, parallel zum Schalter 20 der Temperatursicherung, so dass die Hauptmenge des Stromes gewöhnlich über den vom Sehaltzr 20 geschlossenen Nebenschlusskreis 50 fliesst. 17 ist ein zwischen den beiden Leitern des zu schützenden Stromkreises angeordneter Schutzwiderstand bekannter Art, wobei der Strom jedoch für gewöhnlich über den vom Schalter 20 geschlossenen Nebenschhtsskreis 50 fliesst.
Der Schalter 20 ist als Umschalter ausgebildet, derart, dass er beim Ansprechen der Temperatursicherung einerseits den Nebenschluss 50 unterbricht, anderseits den Schutzwiderstand 17 parallel zu der
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Hauptschmelzsicherungen, die bei unzulässiger Stromsteigerung das Abschalten des Stromes bewirken. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende. Im normalen Zustand fliesst der Arbeitsstrom über den Nebenschluss 50 und den Schalter 20 zum Verbraucher 1 und von da zum Netz zurück. Wird infolge
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den Schalter 20. Dadurch wird der Nebenschluss 50 unterbrochen, so dass der volle Arbeitsstrom durch die Schmelzsicherung 3 fliesst, wodurch diese zum Durchschmelzen gebracht wird und somit den Arbeitsstrom abschaltet.
Gleichzeitig wird aber durch den Schalter 20 der Schutzwiderstand 17 parallel zum Stromverbra, ieller 1 geschaltet, so dass die beim Abschalten des Arbeitsstromes im Verbraucher durch das Freiwerden magnetischer Energien induzierten Ströme durch den Widerstand 17 vernichtet werden.
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Verbräm ehern gewährleistet.
Bei geeigneter Bemessung des Widerstandes 17 können gegebenenfalls die im Nebenschluss zum Schalter 20 der Temperatursicherung liegende besondere Schmelzsicherung 3 und der Nebenschluss 50
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Temperatursicherung schaltet deren Schalter 20 den Widerstand 17 parallel zu dem zu schützenden Stromkreis. Infolgedessen fliesst ein zusätzlicher Arbeitsstrom durch den Widerstand 17, womit naturgemäss eine Überschreitung der normalen Stärke des durch die Sicherungen 18, 18 fliessenden Stromes verbunden ist, wodurch die Sicherungen zum Durchschmelzen gebracht werden, so dass sie den Arbeitsstrom unterbrechen. Die dabei im Verbraucher 1 auftretenden Induktionsströme werden wieder durch den Schutzwiderstand 17 vernichtet.
Gegebenenfalls können dabei die Hauptsicherungen 18, 18 auch durch an sich bekannte Selbstschalter ersetzt werden.
Die Temperatursicherungen besitzen im allgemeinen ein ziemlich grosse Verzögerung oder Trägheit, so dass stets eine gewisse Zeit vergeht, bevor die Auslösung des Schaltstiftes erfolgt. So notwendig oder erwünscht diese Trägheit für die normal vorkommenden Überlastungen ist, so macht sie jedoch für verhältnismässig kurze und starke Überlastungen vielfach noch die Vorschaltung von normalen Schmelz-
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die Temperatursicherung zur Auslösung gebracht wird. Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine solche Anordnung. Dabei ist 2 die als Temperatursicherung dienende Lötstelle, in welche ein vorgeschalteter Draht 19 eingelötet ist, der bei plötzlicher Überlastung sich infolge des Stromdurchganges so stark erhitzt, dass das Lot schmilzt.
Fig. 11 zeigt einAusführungsbeispiel für die konstruktive Durchbildung einer solchen Sicherung, wie sie insbesondere zum Schutz von elektrischen Maschinen oder Apparaten benutzt und unmittelbar in diesen untergebracht werden kann. In die Isolierplatte 37 eines Motorklemmbrettes ist die mit Schraubengewinde 38 versehene Patrone 39 eingeschraubt, welche sowohl die Tempera, tursicherung 2 als auch die parallel dazu geschaltete Schmelzsicherung enthält, die ihrerseits wieder aus mehreren parallel geschalteten Drähten 3 gebildet ist. Dem unter Wirkung der Feder 7 stehenden Schaltstift 8 der Temperatursicherung ist ähnlich wie in Fig. 10 noch ein besonderer Schmelz-
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gemeinsam zu den übrigen Sohmelzdrähten 3 parallel liegen.
Das untere Ende der Patrone, welches die Lötstelle 2 enthalt, ist von der Hilfsspule 4 umgeben, welche dieselbe Wärmecharakteristik besitzt wie die zn schützende Wicklung. Die Stromzuführung bzw. Ableitung geschieht durch die Drähte 40, 41 und Klemmen 42, 43. Der Z'iführungsdraht 19 zum Schaltstift 8 ist so bemessen, dass er den normalen Strom ohne weiteres da'-iernd aushält, jedoch bei grösseren Stromwerten, z. B. doppelter oder dreifacher Stromstärke, schon absehmilzt, wenn auch die Lötstelle noch nicht angesprochen haben sollte.
Dieser Abschmelzdrahtj9soll dabei zweckmässig mit einer gewissen Trägheit behaftet sein und dem Charakter der Ausschaltkurve entsprechende Ausschaltzeiten bei kurzzeitigen, starken Überlastungen ergeben.
Aus Fig. 12 ist dieses näher zu ersehen. Darin ist D die Ausschaltkarve der Temperatursieherung, welche in Abhängigkeit von der Stromstärke A und von der Zeit B aufgetragen ist. Der Schmelzdraht 19 soll
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nun möglichst so gewählt werden, dass seine Charakteristik etwa in der gestrichelt gezeichneten Linie E verläuft und dadurch die Kurve D in der gewünschten Weise nach oben hin ergänzt.
PATENT-ANSPRÜCHE : - l. Schutzvorrichtung für elektrische Stromkreise, gekennzeichnet durch die Vereinigung einer Temperatursicherung (2) mit einer Schmelzsicherung (3) in der Weise, dass durch das Ansprechen der Temperatursicherung der Strom in vermehrtem Masse durch die Schmelzsicherung geleitet und von dieser abgeschaltet wird.