-
Einrichtung zur betrieblichen Uberwachung der Lüfterkühlung von insbesondere
elektrischen Geräten und Anlagen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung
zur betrieblichen Überwachung von Lüftern mittels Heißleitern für insbesondere elektrische
Geräte und Anlagen mit hoher Eigenerwärmung.
-
Elektrische Anlagen, bei denen die Wärmeableitung infolge Eigenerwärmung
durch Strahlung und Konvektion nicht ausreicht, müssen mit zusätzlichen Kühleinrichtungen,
z. B. Lüftern, ausgerüstet werden, die für eine ausreichende Luftzirkulation zur
Wärmeabfuhr sorgen. Es ist verständlich, daß eine solche Lüftereinrichtung eine
Überwachung erfordert, die die elektrische Anlage vor unzulässiger übertemperatur
bei Versagen derselben schützt. Eine derartige Überwachungseinrichtung kann beispielsweise
aus einem geheizten Thermokontakt bestehen, der im Stromkreis einer Schaltvorrichtung
liegt und im Luftstrom eines Lüfters gekühlt wird. Der Thermokontakt unterbricht
den Stromkreis der Schalteinrichtung, sobald seine Temperatur infolge Eigenerwärmung
bei nicht ausreichender Kühlung zu groß wird. Nachteilig bei dieser Überwachungseinrichtung
sind sowohl die zeitliche Inkonstanz als auch die große Ansprechunsicherheit des
Thermokontaktes. Die Ansprechunsicherheit wird weiter erhöht durch die Gefahr der
Verschmutzung der Kentakte durch Staubanlagerung. Die relativ großen Abmessungen
der Thermokontaktfedern können außerdem zu konstruktiven Schwierigkeiten führen
und haben einen Strömungsverlust des Luftstromes zur Folge; Eine andere Überwachungseinrichtung
sieht Fahnen oder Klappen vor, die im. Luftstrom bewegt werden. Diese Fahnen oder
Klappen steuern ebenfalls in Schaltkreisen liegende Kontakte, über welche bie zu
geringem Kühlluftstrom die gefährdete Anlage abgeschaltet wird. Nachteilig wirkt
sich auch hier -der unvermeidliche Strömungsverlust aus. Außerdem hat die Praxis
gezeigt, daß die Verschmutzung der sich im Luftstrom befindlichen Fahnen oder Klappen
durch Staubanlagerung leicht zu einem völligen Versagen der Überwachungseinrichtung
führen kann.
-
Bekannt sind auch Temperaturüber wachungseinrichtungen, bei denen
;die Regeleigenschaften eines als Temperaturfühler verwendeten Heißleiters zur Steuerung
einer elektrischen Schalteinrichtung verwendet sind. Der Heißleiter, -der in -gut
wärmeleitender Verbindung mit einem wärmeabgebenden Bauteil des zu überwachenden
Gerätes steht, bildet einen Brückenzweig einer Wheatstoneschen Brücke, in deren
einer Diagonale eine Spannungsquelle und in deren anderer Diagonale die Arbeitswicklung
einer Schalteinrichtung angeordnet ist. Die temperaturabhängige Widerstandsänderung
des Heiß-leiters wird in der Brückenschaltung zur Steuerung des die Arbeitswicklung
der Schalteinrichtung durchfließen-
den Stromes in der Weise ausgenutzt, daß bei
unzulässiger Erwärmung die Schalteinrichtung anspricht und die gefährdete Anlage
abschaltet. Hier bringt die notwendigerweise gute wärmeleitende Verbindung des Heißleiters
mit dem wärmeabgebenden Bauteil konstruktive Schwierigkeiten mit sich weam das Bauteil,
z.B. der Kühlkopf einer Scheibentriode, auf einem hohen Spannungspotential liegt.
Eine Anbringung des Heißleiters macht dann- besondere Iso lierungsmaßnahmen notwendig,
die ihrerseits eine gute wärmeleitende Verbindung zwischen dem wärmeabgebenden Bauteil
und dem Heißleiter in Frage stellen. Der wesentliche Nachteil dieser Überwachungseinrichtung
besteht jedoch darin, daß die Ansprechunsicherheit der Schaltungseinrichtung voll
eingeht. Ihre Brauchbarkeit zum Putz vorn Anlagen mit thermisch hochempfindlichen
Bauteilen setzt daher die Verwendung teurer Schaltrelais mit vernachlässigbaren
Ansprechfoleranzen voraus. Eine echte Verbesse@ung der Betriebssicherheit ist aber
auch dann nicht gegeben, weil die Störanfälligkeit derartiger Szhaltreials bekanntlich
relativ groß ist.
-
Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungseinrichtung
der einleitend beschriebenen Art gerade hinsichtlich der geschilderten ängei und
Nachteile mit einfachen Mitteln wesentlich zu verbessern.
-
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein im Luftstrom
des Lüfters gekühlter, sich selbst aufheizender Heißleiter in Reihe mit der
Arbeitswicklung
einer Schalteinrichtung geschaltet ist und mit dieser zusammen einen der vier Zweige
einer Brückenschaltung bildet, in deren einer Diagonale eine die Brücke speisende
Spannungsquelle angeordnet ist, und daß die Brücke hinsichtlich der Widerstände
ihrer einzelnen Zweige, unter Berücksichtigung der Polung des Gleichrichters, derart
bemessen ist, daß der Gleichrichter beim Normalfall entspfechender Kühlung des Heißleiters
gesperrt und bei dessen unzureichender Kühlung leitend ist.
-
Die Anordnung der Reihenschaltung eines Heißleiters mit der Arbeitswicklung
einer Schalteinrichtung in einer Brückenschaltung, in deren einer Diagonale ein
Gleichrichter angeordnet ist, der bei dem Normalfall entsprechender Kühlung des
Heiß leiters gesperrt und bei dessen unzureichender Kühlung leitend ist, ermöglicht
es, die Ansprechunsicherheit der Schalteinrichtung zu eliminieren. Die Sohalteinrichtung
spricht an, sobald der Gleichrichter leitend wird, da die Änderung des die Arbeitswicklung
der Schalteinrichtung und den Heißleiter durchfließenden Stromes bei Einsatz des
Gleichrichterstromes so groß ist, daß sie ein sicheres Ansprechen der Schalteinrichtung
gewährleistet.
-
Der Heißleiter, der infolge seiner kleinen Masse eine geringe thermische
Trägheit besitzt, hat schlecht wärmeableitende Ansohlüsse, so. daß seine Eigenerwärmung
bei Stromdurchfluß im wesentlichen von der Strömungsgeschwindigkeit des ihn umgeben
den Luftstromes abhängt. Bei seinen kleinen Abmessungen kann er leicht an irgendeiner
Stelle im. Luftstrom angeordnet werden und verursacht praktisch keinen Strömungsverlust.
Die Vermeidung von Kontakten oder mechanisch bewegten Teilen beseitigt ferner die
Gefahr eines Versagens der tSberwachungseinrichtung infolge Verschmutzung durch
Staub anlagerung.
-
An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieis
wird die Erfindung im. folgenden näher erläutert. Die Überwachungseinrichtung besteht
nach Fig. 1 aus einer Brückenschaltung, an deren einer Brückendiagonale die Spannung
U anliegt und in deren anderer Brückendiagonale ein Gleichrichter GL angeordnet
ist. Die linke Brückenhälfte wird vom Potentiometer R1 gebildet, dessen Schleiferstellung
das Teilerverhältnis der so realisierten beiden Zweige dieser Brückenhälfte bestimmt,
während die rechte Brückenhälfte in ihrem oberen Zweig einen variablen Widerstand
R2 enthält und der untere Brückenzweig sich aus dem Heißleiter HL in Relhe mit der
Wicklung eines Schaltrelais rls zusammensetzt. Der vom Strom. J durchflossene, sich
selbst aufheizende Heißleiter wird im Luftstrom eines Lüfters gekühlt. Das bei normalem
Betrieb sich einstellende thermische Gleichgewicht des Heißleiters und das dadurch
sich einstellende elektrische Gleichgewicht der Brücke ergibt eine Spannung UB am
Gleichrichter GL, die so gepolt ist, daß derselbe gesperrt ist. Für diesen. Betriebsfall
kann ein äquivalentes Ersatzschaltbild gemäß Fig. 2 angegeben werden. Die Schaltung
vereinfacht sich demnach auf einen Vorwiderstand RN, der in Reihe mit dem Heißleiter
HL und der Wicklung des Schaltrelais rls an der Spannung U' liegt, deren Betrag
gleich der die Brückenschaltung speisenden Spannung U ist. Erhöht sich die Eigentemperatur
des Heißleiters infolge ungenügender Strömungsgeschwindigkeit des Luftstromes, so
verschiebt sich das elektrische Gleichgewicht der Brücke derart, daß sich die am
Gleichrichter GL liegende Spannung UB umpolt und derselbe dadurch leitend wird.
-
Auch für diesen Betriebsfall läßt sich ein äquivalentes Ersatzschaltbild
gemäß Fig. 3 angeben, in welchem die Reihenschaltung des Heiß leiters HL mit der
Wicklung des Schaltrelais rls über einen Vorwiderstand rn von einer Spannung U"
gespeist wird, die allerdings jetzt um einen konstanten. Faktor geringer ist als
die die Brückenschaltung speisende Spannung U. Schlägt man den Kupferwiderstand
der Windung des Schaltrelais rls dem Vorwiderstand RN bzw. r, zu, so kann die Brückenschaltung
gemäß Fig. 1 als eine Reihenschaltung des Heiß leiters HL mit der widerstandslos
gedachten Wicldung des Schaltrelais rls in Reihe mit einem nichtlinearen Vorwiderstand
interpretiert werden, dessen Stromspann,ungskennlinie sich aus zwei linearen Teilbereichen
RN und rn zusammensetzt. Gemäß den Ersatzschaltbildern der Fig. 2 und 3 ist die
Stromspannungskenalinie dieses nichtlinearen Vorwiderstandes in das 5 tromspannungskennlini
enf eid des Heißleiterwiderstandes der Fig. 4 für verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten
W, aber konstante Temperatur tl des kühlenden Luftstro,mes eingetragen.
-
Das Kennlimenfeid enthält außerdem noch die Kennlinie des Heißleiterwiderstandes
für völligen. Ausfall des Lüfters (Strömungsgeschwindigkeit W=0). Die abweichende
Form dieser Kennlinie weist im unteren Strombereich eine ausgeprägte Spitze auf,
die ihre Ursache in der bei Fortfall des warmen Luftstromes niedrigeren Umgebungstemperatur
t2 des Heiß leiters hat. Der Ansprecheinsatzpunkt der Überwachungseinrichtung ist
durch diejenige Strömungsgeschwindigkeit W gegeben, deren dadurch gekennzeichnete
Kennlinie des Heißleiterwiderstandes den durch die Spannung U0 und den Strom J0
gekennzeichneten Knick der Kennlinie des nichtlinearen Vorwiderstandes gerade berührt.
Gemäß Fig. 4 bewirkt ein leichtes Absinken der Stromspannungskennlinie WS des Heißleiterwiderstandes
infolge einer Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit W des Luftstromes ein starkes
Anwachsen des Stromes J über den Toleranzbereich J-J2 des Ansprechstromwertes der
Schaiteinrichtung hinaus. Somit ist trotz eines größeren Toleranzbereichs für den
Ansprechstrom des Schaltrelais jederzeit ein sicheres Ansprechen gewährleistet,
sobald infolge eines Versagens der Kühleinrichtung der Stromwert J0 auch nur um
einen kleinen Betrag überschritten wird. Die Tatsache, daß die Temperatur des Heißleiters
nicht allein von der Strömungsgeschwindigkeit des kühlenden. Luftstromes, sondern
auch in geringem Maße von dessen Temperatur abhängt, verbessert nur das kühlwertrichtige
Ansprechen der Überwachungseinrichtung, da bei Temperaturen größer t1 die Abschalteinrichtung
bereits bei einer Strömungsgeschwindigkeit W> W3 des Luftstromes anspricht, während
bei Temperaturen kleiner t1 die Abschaltung der gefährdeten Anlage gegen Strömungsgeschwindigkeiten
W W3 verzögert wird. Um die erwachungseinrichtung den jeweiligen Betriebsverhältnissen
anpassen zu können, kann mittels des Potentiometers R1 und des variablen Widerstandes
Re gemäß Fig. 1 der Knick der Kennlinie des nichtlinearen Vorwiderstandes im Kennlinienfeld
der Fig. 4 verschoben werden. Durch Änderung der Schleiferstellung des Potentiometers
R1 kante der Knick längs der Neigung des Kennlinienteils RN verschoben werden. Da
die Größe des Widerstandes rn nur wenig von der Schleiferstellung des Potentiometers
R1 abhängt, erfährt dabei der diesen Widerstand darstellende Kennlinienteil praktisch
eine Parallelverschiebung zu
sich selbst. Durch Änderung des Wirkanteils
des Widerstandes R2 kann außerdem eine Verschiebung des Knicks längs der Neigung
des Kennlinienteils rn vorgenommen werden.
-
Für die Bemessung der Schaltung ist es wichtig, daß der lineare Kennlinienteil
RN des nichtlinearen Vorwiderstandes nicht die Vorderflanke der Kennlinie W= 0 des
Heißleiterwiderstandes schneidet, da dieser Schnittpunkt die Betriebssicherheit
der Überwachungseinrichtung nicht in allen Fällen garantiert.