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Überhitzungsschutzvorrichtung.
Die vorliegende Erfindung betrifft Überhitzungsschutzvorrichtungen, welche den Stromkreis einer elektrischen Einrichtung zu unterbrechen vermögen, um Überhitzung zu verhindern. Die Vorrichtung wird in bekannter Weise durch den gesamten, durch die Leitung dieser Einrichtung fliessenden Strom oder einen Teil desselben erwärmt und besteht aus einem thermischen Abbild der zu schützenden Einrichtung.
Gemäss der Erfindung besteht die Vorrichtung aus einer wärmeaufspeichernden Masse, die dem Gestell (Rahmen, Eisenteile usw.) der zu schützenden Einrichtung, z. B. einer elektrischen Maschine, und aus einer zweiten wärmeaufspeichernden Masse, die den Stromleitern der Maschine entspricht.
Diese beiden Massen wirken auf eine thermostatische Kontaktvorrichtung.
Die Temperatur, die in der elektrischen Einrichtung erzeugt werden kann, ist durch jene Temperatur begrenzt, welche die Isolation ohne Schädigung ihrer isolierenden Eigenschaften vertragen kann ; diese
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schützende Maschine.
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Die Kurve Fig. 2 stellt die zur Erreichung einer bestimmten kritischen Temperatur, z. B. 900 (' erforderliche Zeit in Minuten (Ordinaten) in Abhängigkeit von den Belastungen (AbszisseIl) dar. Die Erwärmungscharakteristik des Teiles 1 sei durch die Kurve B, jene des Teiles 2 durch die Eurve I dargestellt.
Wie die Kurven zeigen, erwärmt sich der Teil 1 viel langsamer und ist so hinsichtlich der Erwärmung
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thermische Charakteristik dieser Vorrichtung zwischen den Kurven il und B liegt. Es ist deshalb möglich, die thermische Beschaffenheit jeder Vorrichtung nachzubilden, deren Erwärmungskurve zwischen den
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dass man eine resultierende Wirkung erzielt, welche die erwähnte Zeiterwärmungskurve wiedergibt.
Zu diesem Zweck ändert man das Verhältnis der Widerstände der beiden Heizvorriehtungen 5, 6, d. h. die den Wärmeaufspercherungsmassen 3, 4 zugeführten Wärmemengen, so dass die Zeit, die erforderlich ist, um die Kontakte 9, 10 miteinander in Berührung zu bringen, länger oder kürzer ist, je nachdem die Wirkung des Teiles 1 oder des Teiles 2 überwiegt. Um dies zu erreichen, kann der Widerstand einer oder beider der Heizvorrichtungen geändert werden. Die Kurve C der Fig. 2 veranschaulicht die thermische
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von 30 : 1 stehen, die Kurve D für das Verhältnis 12 : 1 und die Kurve E für 5 : 1.
Angenommen ein Widerstandsverhältnis 12 : 1 der Heizspule 5 und 6 gebe die Kurve D als thermische Charakteristik einer Maschine, so führt eine verhältnismässig geringe Steigerung der Belastung auf etwa 125% die Masse 4 des Teiles 2 auf die zulässige Höchsttemperatur in einer verhältnismässig kurzen Zeit. Durch die Formänderung des thermometrisehen Organs 8 wird sein Kontakt 10 dem Kontakt 9 entsprechend genähert. Die Masse des Teiles 1 braucht eine beträchtlich längere Zeit, um die endgültige Temperatur zu erreichen, das thermometrische Organ 7 erfährt daher eine langsame Form- änderung, um seinen Kontakt 9 dem Kontakt 10 zu nähern und schliesslich damit in Berührung zu bringen und z.
B. eine Leitung zu beeinflussen, welche ihrerseits einen Schalter der zu schützenden Vorrichtung
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der Maschine so rasch, dass nur wenig Wärme in das Geste ! ! übergeleitet wird, die heisse Stelle tritt in der Bewicklung auf und macht eine rasche Unterbrechung des Stromes nötig. In diesem Falle wird die la, se 4 des minder trägen Teiles S der Uberhitzungsschutzvorrichtung ebenso rasch erwärmt, wie die Bewicklung und das thermometrische Organ 8 bringt seinen Kontakt 10 unmittelbar mit dem Kontakt 9 in Berührung, bevor letzterer noch eine merkliche Bewegung ausführen konnte, es überwiegt also die Wirkung des Teiles 2 und dieser arbeitet praktiseh unabhängig vom Teil 1.
Zwecks Kalibrierung werden die Teile 1 und 2 auf die Temperatur von 900 C gebracht und die thermometrischen Organe 7, 8 werden in einem solchen Abstand voneinander gebracht, dass sie ihre Kontakte 9, 10 eben in Berührung miteinander bringen. Diese Einstellung entsprieht einer ,,50 -Maschine",
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Temperatur der Umgebung niedriger, so braucht die Maschine länger, um die kritische Temperatur zu erreichen, oder sie lässt vor Erreichung der kritischen Temperatur eine grössere Überlastung zu.
Diesen Umständen wird durch die vorliegende Überhitzungsschutzvorriehtung selbsttätig Rechnung getragen, denn je niedriger die Temperatur der Umgebung ist, desto stärker deformieren sich die thermometrisehen Organe in solcher Richtung, dass der Abstand zwischen. den Kontakten 9, 10 vergrössert wird ; es ist dann eine grössere Belastung und eine längere Zeit nötig, um sie miteinander in Berührung zu bringen.
In Fig. 3 sind die die thermische Charakteristik darstellenden Kurven für drei verschiedene Arten von zu schützenden Vorrichtungen oder Maschinen dargestellt. Die Kurve F entspricht einem Induktionmotor, die Kurve G einem Transformator und die Kurve H einem Umformer. Wie man sieht, liegen die Kurven F und G zwischen den Grenzkurven A und B der Fig. 2 und können daher durch die Wirkungen dem Teile 1 und 2 nachgebildet werden. Da die Kurve H eine grössere Trägheit erkennen lässt als der Teil 1, so muss, um die thermische Beschaffenheit dieser Arten Maschinen nachzubilden, die Trägheit des Teiles 1 vergrössert werden, etwa durch Umgeben der Wärmeaufspeieherungsmasse 3 mit Wärmeschutzmitteln.
Für Maschinen von der durch die Kurve H dargestellten thermischen Beschaffenheit kann es auch wünschenswert sein, die Kurve (mit Bezug auf die Abszissenachse) höher zu legen, indem man den Wärmeaufspeicherungsfaktor des Teiles 2 vergrössert. Bei Umformern ist die zulässige Überlastung häufig durch Kommutierungsschwierigkeiten begrenzt. In einem solchen Falle kann die Uberhitzungs- schutzvorrichtung durch Nachbildung der thermischen Beschaffenheit der Maschine bis zu dem Punkt Sorge tragen, an dem Kommutierungsschwierigkeiten beginnen, worauf weitergehende tberla'tllngen eine Hilfsvorrichtung betätigen, welche den Strom sofort unterbricht. Diese Art der Wirkung ist in der Kurve H der Fig. 3 durch die punktierte Linie angedeutet.
Man kann auch das thermometrische Organ 7 als den minder trägen Teil der Überhitzungsschutzvorrichtung verwenden. Schaltet man nämlich das
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Organ 7 so, dass es selbst vom Heizstrom durchflossen wird, so wird es sowohl als Temperaturanzeiger als auch als Wärmeaufspeieherungsmasse wirken und bei entsprechender Bemessung seiner Masse und seines Widerstandes 7 die Funktionen der Masse 4 der Heizspule 6 und des thermometrischen Organes 8 in sich vereinigen.
Diese abgeänderte Einrichtung ist in Fig. 4 und 5 dargestellt. Hiebei entsprechen die Teile 11 und 12
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Der Teil 11 besitzt eine Wärmeaufspeicherungsmasse 1.'3, eine Heizspule 14 und ein thermometrisches Organ 15, das mit der Masse 7. 3 wärmeleitend verbunden ist. Der Teil 12 umfasst das thermometrische Organ 15, das vom selben Strom durchflossen wird, wie die Spule 14 und in sich die Masse der Heizvorrichtung und das thermometrische Organ des Teiles 2 der Vorrichtung nach Fig. 1 vereinigt. Das thermometrische Organ 15 wird sonach entsprechend der resultierenden Wirkung der beiden Teile der Vorrichtung vermöge deren thermischer Zusammenwirkung betätigt und um einen Betrag und in einer Zeit durchgebogen, welche der thermischen Beschaffenheit des Teiles 11 im Verein mit seiner eigenen thermischen Beschaffenheit als Teil 12 entspricht.
Dieses thermometrische Organ wirkt am freien Ende mit einem festen Kontakt 16 zusammen, der zum nachstehend beschriebenen Zweck einstellbar ist. Gelangt durch die Biegung des Organes 15 dieses mit dem Kontakt 16 in Berührung, so wird ein Stromkreis geschlossen, der den Schalter für die zu schützende Vorrichtung oder Maschine betätigt. Ähnlich wie in Fig. 1 veranschaulicht, bewegt sich das freie Ende des thermometrischen Organes 15 um eine bestimmte Strecke gegen den Kontakt 16 in einer verhältnismässig kurzenzeit, entsprechend'der thermischenBeschaffenheit dieses Organes in seiner Rolle als Teil 12 der Überhitzungssehutzvorriehtung und gleichzeitig durch eine bestimmte Strecke in einer verhältnismässig langen Zeit, entsprechend der thermischen Beschaffenheit des Teiles 11.
Der resultierende Zeitaufwand entspricht daher der thermischen Zusammenwirkung der Teile 11 und 12.
Bei der dargestellten Ausführungsform besitzt die Wärmeaufspeicherungsmasse 1. 3 eine Höhlung,
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Bauart in Reihe verbunden werden kann, wird diese Masse 13 als Stromleiter von der Spule 14 zrm thermometrischen Organ 15 benutzt, da diese Masse keinen merklichen Widerstand aufweist. Da der Strom das thermometrische Organ 15 durchfliessen muss, so empfiehlt es sich, die Masse 13 in zwei durch eine Isolierschicht 19, wie Asbest, voneinander getrennten HäUten 1"1, 18 herzustellen. Das thermometrische Organ von V-förmiger Gestalt ist mit den beiden Enden an den Hälften 17, 18 befestigt.
Um ein möglichst grosses Wärmeaufspeicherungsvermögen bei kleiner Masse zu erzielen, wählt man für die Masse 18 ein Material von möglichst hoher spezifischer Wärme, z. B. Aluminium oder seine Legierungen, wodurch nicht nur das Volumen, sondern auch das Gewicht der Masse klein wird.
In Fig. 5 sind die Teile der Überhitzungsschutzvorriehtung und ihre Zusammenschaltung mit der zu schützenden Maschine oder sonstigen Vorrichtung veranschaulicht. Die zu schützende Maschine 3J ist über einen Schalter 24 durch Drähte 20, 21 mit der Hauptleitung 22, 23 verbunden. Wenn sich das Organ 15 an den Kontakt 16 legt, wird ein Strom von der Hauptleitung 28 über die Leitung 20 und 32, Relais 25, Klemme 33, Kontakt 16, thermometrisches OJgan 15, Teil 18, Spule 14, Klemme 26, Leitung 21 zur Hauptleitung 22 geschlossen. Das Relais 25 wird daher eingeschaltet und öffnet den Schalter 24.
Für den Anschluss der Überhitzungsschutzvorriehtung an derMaschine35dienen zwei Klemmen 26,27.
Der Strom fliesst von der Hauptleitung 22 über Leitung 21, Klemme 26, Heizspule 14, Teil 17, Organ 15, Teil 18, Klemme 27, Leitung 20, Maschine 35, Leitung 20 zur Hauptleitung 23. Die Heizspule 14 und das thermometrische Element 15 sind miteinander und mit der zu schützenden Maschine in Reihe geschaltet und stehen daher unter der Einwirkung desselben Stromes wie die Maschine. Bei kleineren Maschinen können die Spule 14 und das thermometrische Organ 15 unmittelbar in den Stromkreis der Maschine eingeschaltet sein, während bei grossen Maschinen die Teile 14 und 15 zweckmässig an einem Transformator oder im Nebenschluss liegen, so dass die Spule und das Organ 15 nur von einem Teil des Maschinenstromes durchflossen werden.
Der Kontakt 16 wird so eingestellt, dass das thermometrische Organ sich an ihn bei einer Temperatur von 900 liegt. Bei einer Temperatur der Umgebung von 400 C stehen die Kontakte in einer gewissen Entfernung voneinander und bei niedrigerer Temperatur der Umgebung in einer entsprechend grösseren Entfernung, da sich dann das thermometrische Organ vom Kontakt. ? 6 stärker wegbiegt. Das ist ein sehr wünschenswerter Umstand, weil, je niedriger die Temperatur der Umgebung ist, einen desto grösseren Weg das Organ 15 zurücklegen muss, um den Kontakt 16 zu erreichen, daher muss auch die erforderliche Belastung bzw. Zeit entsprechend grösser werden. Die Überhitzungsschutzvorrichtung bildet sonach die Bedingungen selbsttätig nach, denen die zu schützende Maschine unterworfen ist.
Je niedriger die Temperatur der Umgebung der zu schützenden Maschine ist, desto grösser ist die Belastung, welche die Maschine ertragen kann, bevor sie die kritische Temperatur erreicht. Ausserdem ist bei allen Belastungen, bei welchen die Überhitzungsschutzvorrichtung ansprechen soll, der bis zum Eintritt des Ansprechens nötige Zeitraum entsprechend grösser. Damit die Temperatur der Umgebung die Überhitzungsschutzvorrichtung in gleicher Weise beeinflusst wie die Maschine, ist es nötig, dass die Temperatur in der Überhitzungsschutzvorrichtung nicht nur proportional, sondern gleich sei der Temperatur in der Maschine.
Dieser Bedingung wird durch die vorliegende Vorrichtung selbsttätig Rechnung getragen, indem die Überhitzungsschutzvorrichtung, ohne Rücksicht auf die jeweilige Höhe
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Da die Belastung, der man eine elektrische Vorrichtung oder Maschine aussetzen kann, in hohem
Masse von der Beschaffenheit der Isolation abhängt, so haben solche Vorrichtungen oder Maschinen kritische Temperaturen von 80-125 C. Bei der dargestellten Ausführungsform der Schutzvorrichtung ist der Kontakt stellbar, so dass die kritische Temperatur, bei welcher die Vorrichtung anspricht, je nach den jeweiligen Umständen geändert werden kann. Zu diesem Zweck kann der Abstand zwischen dem Kontakt 16 und dem thermometrischen Organ 15 geregelt werden. Diese Einrichtung ist in Fig. 6 gesondert dargestellt, wobei der Kontakt 16 in einem Träger 28 eingeschraubt ist und mittels eines isolierenden Knopfes 29 gedreht werden kann.
Am Gewindezapfen des Kontaktes 16 ist mittels einer Klemmschraube ein Zeiger 30 befestigt, der auf einer nach kritischen Temperaturen (80-900 C) geteilten Skala 31 spielt. Mit der Platte 31 ist eine Klemme 33 verbunden, welche an das Relais 25 angeschlossen ist.
Die Vorrichtung ist in einem Gehäuse eingeschlossen, das zweckmässig aus einem Bodenteil 36 und einem in der Zeichnung der Deutlichkeit wegen nicht dargestellten Deckel besteht. Dieser leicht abnehmbare Deckel wird durch Zapfen 37, die durch ihn hindurchgehen, und durch aufgeschraubte Muttern festgehalten. Dieses Gehäuse schützt die erwärmten Teile gegen zufällige von der Temperatur der Umgebung unabhängige Strahlung.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Überhitzungsschutzvorrichtung für elektrische Einrichtungen, die durch den gesamten durch die Leitung dieser Einrichtung fliessenden Strom oder einen Teil desselben erwärmt wird und aus einem thermischen Abbild der zu schützenden Einrichtung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer dem Gestell der zu schützenden Einrichtung entsprechenden Wärme aufspeichernden Masse und einer zweiten den Stromleitern der zu schützenden Vorrichtung entsprechenden Wärme aufspeichernden Masse besteht, wobei diese beiden Massen thermisch auf eine Thermostatenkontaktvorrichtung wirken.