DE1002878B - Einrichtung zum Schutz von elektrischen Anlagen und Geraeten gegen UEberlastung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schutz von elektrischen Anlagen und Geräten gegen Überlastung, bei der die Schutzwirkung durch Bimetallstreifen oder Metallstücke von temperaturabhängiger Magnetisierbarkeit, die vom Strom des zu schützenden Stromkreises direkt oder indirekt beheizt sind, ausgelöst wird.

Derartige Einrichtungen sind an sich bekannt. So ist z. B. eine Trennschutzschaltung mit Überstromschutz so aufgebaut, daß sie in Verbindung mit einer Fehlstromauslösung arbeitet und durch Erwärmung von Bimetallstreifen, die durch direkte Wärmeübertragung vom zu überwachenden Gegenstand beeinflußt werden, anspricht. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung tritt eine Trennung des Stromkreises dann ein, wenn einer der Bimetallstreifen so weit erwärmt ist, daß eine Kontaktgabe erfolgt. Die Trennung des Stromkreises erfolgt also genauso, wenn an zwei oder mehreren Bimetallstreifen gleichzeitig Kontakt gegeben wird. Es gibt somit nur dann eine Auslösung, wenn irgendein Bimetallstreifen bis zur Kontaktgabe angesprochen hat; Zwischenstufen sind grundsätzlich ausgeschlossen. Dies stellt für viele Anwendungsgebiete einen wesentlichen Nachteil dar.

Wird nun die Aufgabe gestellt, mit einer solchen Einrichtung beispielsweise ein Vielfachmeßgerät vor Überlastung zu schützen, ist es in vielen Fällen ausreichend, den Nebenwiderstand des kleinsten Strommeßbereiches, der üblicherweise angewendeten Feußnerschaltung, und den Vorwiderstand des kleinsten Spannungsmeßbereiches zum Schutz heranzuziehen. Voraussetzung für das richtige Funktionieren des Schutzschalters ist dann allerdings, daß alle Vor- und Nebenwiderstände des Gerätes so dimensioniert sind, daß sie sich bei Überlastung des Gerätes langsamer oder höchstens gleich schnell erwärmen wie die zur Auslösung des Schalters herangezogenen Widerstände. Bei Vielfachmeßgeräten mit sehr großem Meßbereichumfang läßt sich diese Bedingung jedoch praktisch nicht erfüllen, so daß man eine Vielzahl von Vor- und Nebenwiderständen oder einen Teil der Wicklung derselben zur Auslösung des Schalters heranziehen muß. In diesem Falle ist jedoch eine Schaltung der bekannten Art nicht anwendbar.

Die nachfolgend näher beschriebene Erfindung vermeidet die obengenannten Nachteile dadurch, daß mehrere Bimetallstreifen in Arbeitsrichtung hintereinander angeordnet sind, von denen jeder einzelne von einem besonderen Stromkreis oder Teilstrom beeinflußt wird und die frei beweglichen Enden der Bimetallstreifen in Anschläge einer gemeinsamen Schaltstange eingreifen, die entgegen der Arbeitsrichtung an einem Magneten anliegt. Dadurch ist es möglich, daß der Schutzschalter auch dann anspricht, Einrichtung zum Schutz von elektrischen Anlagen und Geräten gegen Überlastung

Anmelder:

Metrawatt Aktiengesellschaft, Nürnberg, Schoppershofstr. 50-54

Hans Joachim Widimann

und Alfred Ahles, Nürnberg,

sind als Erfinder genannt worden

wenn zwar keiner der Bimetallstreifen für sich allein zur selbständigen Auslösung ausreicht, sondern wenn mehrere Bimetallstreifen erst gemeinsam die notwendige Auslösekraft erzeugen. Es tritt also in Abhängigkeit der einzelnen Meßgrößen eine Summierung aller Einzelkräfte an der Schaltstange ein. Dieses Ergebnis ist z. B. dann besonders vorteilhaft, wenn der .Gesamtverbrauch einer Meßeinrichtung einen bestimmten Maximalwert nicht überschreiten soll, etwa, um das Gesamtgerät nicht über ein zulässiges Maß zu erwärmen. In diesem Falle werden entsprechend der Größe der einzelnen Teilströme die einzelnen Bimetallstreifen erwärmt, und falls einer oder mehrere Streifen den zulässigen Höchstwert erreicht haben, erfolgt die Abschaltung.

Die Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung kann dabei in gleicher Weise auch für andere Gebiete mit dem gleichen Erfolg angewendet werden, beispielsweise dann, wenn eine Anzahl von Verbrauchern, etwa Werkzeugmaschinen, in ihrer gesamten maximalen Stromaufnahme überwacht werden sollen. Falls etwa aus Gründen der Einhaltung eines Stromtarifes oder aus Dimensionierungsgründen der Anlage die Gesamtstromaufnahme einen bestimmten Wert nicht überschreiten soll, spricht die beschriebene Schutzeinrichtung jedesmal an, wenn z. B. zwei große Verbraucher oder auch mehrere kleinere Verbraucher zusammen den zulässigen Höchstwert überschreiten. Wird dann ein entsprechender Verbraucher abgeschaltet, so tritt nach Abkühlung der Bimetallstreifen ein selbsttätiges Wiedereinschalten ein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Anordnung in der Weise abgewandelt, daß in Anlehnung an die vorstehend beschriebene Anordnung ein magnetischer Kreis aufgebaut ist, der aus der Reihenschaltung aus Dauermagnet, Weicheisen und Luftspalt besteht, wobei der Luftspalt mit einem

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an dem magnetischen Anschlag/ gehalten und steht unter der Kraft der Rückstellfedern c. Die Bimetallstreifen, die mit der zu schützenden Wicklung oder einem Teil derselben bewickelt sind, liegen ohne Vor-5 spannung an den Ansätzen der Stange e. Wird nun die Wicklung erwärmt, so erzeugen die Bimetallstreifen einen Schub in P feil richtung, der die Stange von ihrem magnetischen Anschlag abreißt, so daß diese sich unter der Kraft ihrer Rückstellfedern in

■Metallstüek von temperaturabhängiger Magnetisierbarkeit (etwa Thermoperm) überbrückt ist, das ebenfalls unter Federkraft steht und mittels der zu
schützenden Wicklung erwärmt wird. Die zur Auslösung des Relais herangezogenen Widerstände werden dauermagnetisch gegen eine Federkraft an einem
Anschlag gehalten und stehen ebenfalls —· wie die
Bimetallstreifen — in Wirkverbindung mit einer
allen Widerstandskörpern gemeinsamen Auslösevorrichtung eines bekannten Schutzschalters, so daß io Pfeilrichtung bewegt und den nicht gezeichneten dieser bei Erwärmung eines oder mehrerer Wider- Schutzschalter auslöst. Die Bimetallstreifen sind dabei stände, welche ein Abspringen derselben vom Luft- so bemessen, daß eine Übertemperatur von 60bis 80° C spalt bewirken, ausgelöst wird. die beschriebene Auslösung des Relais hervorruft.

Einer Schutzeinrichtung, die derart aufgebaut ist, Statt der magnetischen Halterung kann man sich

daß die Schutzwirkung durch Metallstücke von 15 natürlich auch eine beliebige mechanische Anordnung temperaturabhängiger Magnetisierbarkeit, die vom vorstellen, durch welche die Stange gegen die Kraft Strom des zu schützenden Stromkreises direkt oder der Rückstellfeder c an einem Anschlag gehalten wird indirekt beheizt sind, ausgelöst wird, kommen die und von welcher sie durch Auftreten der durch die gleichen Vorteile — zwar in etwas eingeschränkter erwärmten Bimetallstreifen erzeugten zusätzlichen Form —■ zu, wie sie einer Einrichtung innewohnen, 20 Kraft abgerissen wird.

die mit Bimetallstreifen zur Auslösung arbeiten. Es ist auch denkbar, daß die Stange e unmittelbar

Hierzu bedarf es lediglich einer sachgemäßen Be- durch das sich bei Erwärmung durchbiegende Bimessung sowohl der Federn als auch des magneti- metall ausgelenkt wird. Der Nachteil dieser Ansehen Kreises und der Wicklungen. Es ist ohne Ordnung gegenüber der vorstehend beschriebenen beweiteres möglich, die bei einer Auslösung der Metall- 25 steht jedoch darin, daß nur eine kleine Weglänge stücke auf die Stange wirkende Kraft durch beliebige bestrichen wird, innerhalb deren der Schutzschalter Dimensionierung einer der beeinflussenden Größen so
zu bemessen, daß das von der Stange betätigte
Schaltglied entweder beim Ansprechen nur eines

Metallstückes oder auch beim Ansprechen zweier 30 nehmender Weglänge abnimmt, diese aber in der oder mehrerer Metallstücke auslöst. oben beschriebenen Anordnung vernachlässigbar klein

Die Anwendbarkeit einer solchen Einrichtung i.st
zwar insofern eingeschränkt, als die kontinuierliche
Ahsprechbarkeit durch alle auf die Stange einwirkenden Kräfte nicht in vollem Maß gegeben ist, 35 Wicklungskörper durch Überlastung erwärmt, so wie sie einer Einrichtung mit Bimetallstreifen inne- sinkt die Permeabilität desselben, und die Federkraft, wohnt. Es ist aber ohne weiteres erkennbar, daß gegen die der Widerstandskörper an dem Luftspalt beispielsweise die Summe der von den ersten beiden gehalten wird, überwiegt, so daß er sich in Pfeil-Federn aufgebrachten Kräfte genau so groß gehalten richtung bewegt und damit die allen Widerstandswerden kann wie die Summe von drei oder vier 40 körpern gemeinsame Stange mitnimmt, die ihrerseits anderen Federn, die in sich gemeinsam ebenfalls über den nicht gezeichneten Schutzschalter auslöst, die Stange das Schaltglied zur Auslösung bringen Für die Widerstandskörper kann beispielsweise

können. Thermoperm verwendet werden, dessen Permeabilität

Es sind demnach folgende zwei Extreme denkbar: bei einer Übertemperatur von 80 bis 100° C nähe-Erstens, daß die Stange bereits beim Ansprechen 45 rungsweise den Wert 1 annimmt. Analog dazu ernur eines Metallstückes das Schaltglied auslöst, oder scheint es zweckmäßig, die Bimetallstreifen nur einlagig zu bewickeln und dieselben danach mit einem Metallüberzug zu versehen, derart, daß die Wärmeabgabe der Wicklung in Richtung auf den Bimetall-So streifen etwa gleich gut ist wie in Richtung auf den Metallbelag. Der Metallüberzug soll es vermeiden, daß die Isolation der Wicklung, deren Wärmeabgabe gegen Luft nicht so gut ist wie gegen den Metallstreifen, bei plötzlicher starker Überlastung zerstört 55 wird. Praktisch kann dazu die Wicklung mit einer Metallfolie abgedeckt werden, oder es kann der

ausgelöst werden muß. Außerdem ist in diesem Falle die Kraft, die zur Auslösung des Schutzschalters zur Verfügung steht, erheblich kleiner, da sie mit zu

angenommen werden kann.

Ganz analog zu Fig. 1 ist die Arbeitsweise der in Fig. 2 dargestellten Anordnung. Wird einer der

daß zweitens die Stange erst beim Ansprechen sämtlicher Metallstücke auslöst. Dazwischen sind sämtliche der Konstruktion innewohnenden Variationen möglich.

Grundsätzliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstandes zeigt

Fig. 1 für die Ausführung mit Bimetallstreifen und

Fig. 2 für die Ausführung mit Thermoperm-Widerstandskörpern.

Die bezüglich ihrer Funktion gleichen Bauelemente beider Figuren sind mit gleichen Buchstaben bezeichnet. Es ist darin α die Halterung der Bimetallstreifen bzw. der Rückstellfedern, b Bimetallstreifen, c Rückstellfedern, d Widerstandswicklungen, e eine 60 Stange, welche bei Bewegung in Pfeilrichtung einen nicht gezeichneten Schutzhalter auslöst, / eine magnetische Halterung, an welcher die Stange e gegen die Kraft der Rückstellfedern gehalten wird (die magnetische Halterung kann bei der Ausführung gemäß 65 Fig. 2 bereits durch die Luftspalte des dauermagnetischen Kreises gegeben sein), g sind Spulenkörper aus Thermoperm.

Die Funktion der Anordnung gemäß Fig. 1 ist nun folgende: Die Stange e wird in ihrer Ausgangslage 70

es

Metallüberzug im Spritz- oder Tauchverfahren hergestellt sein.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zum Schutz von elektrischen Anlagen und Geräten gegen Überlastung, bei der die Schutzwirkung durch Bimetallstreifen oder Metallstücke von temperaturabhängiger Magnetisierbarkeit, die vom Strom des zu schützenden Stromkreises direkt oder indirekt beheizt sind, ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Bimetallstreifen hintereinander angeordnet sind, von denen jeder einzelne von einem

besonderen Stromkreis oder Teilstrom beeinflußt wird und die frei beweglichen Enden der Bimetallstreifen in Anschläge einer gemeinsamen Schaltstange eingreifen, die entgegen der Arbeitsrichtung an einem Magneten anliegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnethaftung der Schaltstange so abgestimmt ist, daß schon beim Ansprechen nur eines Bimetallstreifens die Auslösung des Schutzschalters erfolgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallstreifen einseitig in einem schlecht wärmeleitenden Material befestigt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallstreifen nur einlagig bewickelt sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bewickelten Bimetallstreifen mit einem Metallüberzug versehen sind, derart, daß die Wärmeabgabe der Wicklung in Richtung auf den Bimetallstreifen etwa gleich gut ist wie in Richtung auf den Metallbelag.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung mit einer Metallfolie abgedeckt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht im Spritzoder Tauchverfahren aufgebracht ist.

8. Einrichtung zum Schutz von elektrischen Anlagen und Geräten gegen Überlastung, bei der die Schutzwirkung durch Bimetallstreifen oder Metallstücke von temperaturabhängiger Magnetisierbarkeit, die vom Strom des zu schützenden Stromkreises direkt oder indirekt beheizt sind, ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Metallstücke mit temperaturabhängiger Magnetisierbarkeit in Arbeitsrichtung hintereinander an Federn befestigt so angeordnet sind, daß sie die parallel geschalteten Luftspalte eines Magnetkreises überbrücken, wobei jedes einzelne Metallstück von einem besonderen Stromkreis oder Teilstrom beeinflußt wird und die frei beweglichen Enden der Federn in Anschläge einer gemeinsamen Schaltstange eingreifen.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstücke gegen die Kraft der Federn an den Luftspalten des Magnetkreises anliegen und der Schutzschalter schon beim Abfallen nur eines Metallstückes (vom Luftspalt) anspricht.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 657 201, 661 330, 095, 828 881;

AEG Handbuch, Essen 1949, S. 398; Titze, Fehler und Fehlerschutz in elektrischen

Drehstromanlagen, Wien 1953, S. 207.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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