DE1069396B

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Publication number: DE1069396B
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Publication date: 1959-11-19

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DEUTSCHES

Auf verschiedenen Gebieten der Schutz- und Regeltechnik wird die Aufgabe gestellt, von mehreren Größen nicht nur deren Größt- und Kleinstwert, sondern auch Unterschiede zwischen diesen Werten zu erfassen. So muß z. B. bei Brennöfen für keramische Güter vermieden werden, daß im Ofen oder in Teilen desselben während des Hochheizens oder Abkühlens größere Temperaturunterschiede entstehen, die eine Beschädigung des Brenngutes zur Folge haben. Eine ähnliche Aufgabe liegt vor, wenn mehrere Energieumformer, gleich welcher Art, auf den gleichen Verbraucher arbeiten, beispielsweise mehrere Dampferzeuger auf die gleiche Turbine oder mehrere Antriebsmaschinen auf den gleichen Verbraucher mechanischer Energie. Auch hier interessieren zwecks Vermeidung von Überlastung vor allem die Höchstwerte, nach deren Erreichung Signal-, Schutz- oder Regeleinrichtungen zum Ansprechen gebracht werden. Darüber hinaus ist aber erwünscht, auch schon bei Teillast, d. h. vor Erreichen des Höchstwertes Ungleichmäßigkeiten der einzelnen Energieumwandler zu erkennen, um hieraus die nötigen Folgerungen ziehen zu können.

Auf dem Gebiet der Elektrotechnik ist ein markanter Fall einer möglichen ungleichmäßigen Belastung bei Betrieb von Mehrphasenmotoren an Mehrphasennetzen gegeben. Fehlt oder sinkt bei Mehrphasenmotoren die Spannung oder der Strom in einer Phase, dann werden die anderen Phasen durch erhöhte Stromaufnahme den Energiebedarf zu decken versuchen. Eine Überlastung dieser Teile der Motorwicklungen ist die Folge. Für diesen Sonderfall des Schutzes eines Mehrphasenmotors ist eine Einrichtung bekanntgeworden, bei der die übliche, vom jeweiligen Phasenstrom abhängige Ausbiegung dreier Bimetallstreifen dadurch verglichen wird, daß von den in einer Ebene angeordneten Streifen je zwei unmittelbar benachbarte durch überstehende Hebel gelenkig verbunden sind. Eine solche Einrichtung ist nachteilig infolge ihrer Beschränkung auf eine bestimmte konstruktive Form, die nicht immer durchführbar ist. Vor allem aber wird der angestrebte Zweck häufig nicht erreicht, da nicht Größt- und Kleinstwert der Ausbiegungen aller drei Streifen, sondern nur die Unterschiede zwischen zwei unmittelbar benachbarten Streifen miteinander verglichen werden. Die erwünschte Wirkung tritt daher nur in Sonderfällen ein, wodurch keine allgemeine Lösung der vorliegenden Aufgabe erreichbar ist.

In Erkenntnis der Tatsache, daß durch die bekannten meist stromwärmeabhängigen Schutzvorrichtungen (Auslöser oder Relais für elektrische Schutzschalter) die Forderung, bei Überschreiten des zulässigen Wertes auch nur eines Phasenstromes ebenso wie bei gleichmäßig erhöhtem Wert aller Phasenströme auszulösen, nur unzureichend erfüllt werden kann, hat man z. B. für Mehrphasen-Schutzschalter bei zweiphasigem Betrieb einen um 10% erhöhten Auslösestrom, bei einphasigem

Hebelanordnung zum übertragen
von Bewegungen

Anmelder:
Voigt & Haeffner Aktiengesellschaft,
Frankfurt/M., Hanauer Landstr. 142-172

Dr. Hans Johann, Hochstadt/M., ist als Erfinder genannt worden

Betrieb eine Erhöhung von 20 % zugelassen. Erfahrungsgemäß vermögen nun derartige Schutzvorrichtungen, obwohl sie den geltenden Vorschriften genügen, die zu schützenden Motoren vielfach nicht vor wirklichem Schaden zu bewahren, wenn eine Phase ausfällt. Soll die Schutzvorrichtung ihren Zweck ganz erfüllen, so muß auch in diesem Fall bei Überschreiten der für eine der anderen Wicklungen zulässigen Dauerbelastung eine Abschaltung erfolgen. Darüber hinaus ist sogar manchmal eine frühere Auslösung als bei gleichmäßigem Betrieb aller drei Phasen erwünscht, weil ungleichmäßige Belastung die Vorstufe einer Gefahr ist und jede Annäherung an gefährliche Zustände vermieden werden sollte.

Da es in der Technik allgemein üblich ist, Meßwerte beliebiger Art, auch solche skalarer Größen, in mechanische Bewegungen umzuwandeln, z. B. in Zeigerausschläge von Meßgeräten, so genügt es, zur allgemeinen Lösung der vorliegenden Aufgabe mechanisch arbeitende Einrichtungen anzugeben, die Bewegungen zugleich hinsichtlich ihrer Extremwerte wie auch hinsichtlich ihrer Unterschiede zur Erzielung einer mechanischen Ausgangsbewegung auszuwerten.

Die erfindungsgemäße Hebelanordnung zum Übertragen oder Umformen voneinander unabhängiger Eingangsbewegungen mehrerer Organe in nur eine Ausgangsbewegung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei beKebige Organe an je einem von zwei Hebeln, von denen der eine ortsfest und der zweite (Hilfshebel) auf dem ersten gelagert ist, kraftschlüssig anliegen und der Abgriff für die Ausgangsbewegung von einem solchen Punkt des Hilfshebels gebildet ist, daß eine Bewegung eines beliebigen der anliegenden Organe in Richtung seiner Kraft eine Ausgangsbewegung des Punktes in stets der gleichen Richtung bewirkt. Die Ausgangsstellung der die Eingangsbewegung ausführenden Organe kann beliebig gewählt werden. In der Ausgangs-

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stellung der Organe besteht dabei ein Kraftschluß zwischen sämtlichen Organen und den beiden Hebeln, die dann praktisch parallel zueinander liegen und die Organe zwischen sich aufnehmen, wodurch erreicht wird, daß sich die Ausgangsbewegung aus zwei Teilbewegungen, verursacht durch die größte Eingangsbewegung und durch die größte Differenz der Eingangsbewegungen, additiv zusammensetzt. Zweckmäßigerweise werden die beiden Drehachsen der Hebel parallel zueinander angeordnet. Als Organe können beispielsweise thermische Dehnungsglieder bzw. Bimetallstreifen Verwendung finden, die entweder direkt oder durch Zwischenglieder auf die Hebel einwirken.

Durch den neuen Vorschlag werden die eingangs geschilderten Aufgaben vollständig gelöst, indem nämlich nicht die Unterschiede je zweier willkürlich gepaarter Eingangsbewegungen von insgesamt dreien, sondern die Unterschiede der tatsächlichen Extremwerte einer beliebigen Anzahl von Eingangsbewegungen zusätzlich hinzugezogen werden, unabhängig davon, bei welcher der einwirkenden Größen sie auftreten.

Für eine Hebelanordnung, bestehend aus einem um einen festen Punkt drehbaren Hebel 1 und einem zweiten vom ersten Hebel gesteuerten, z. B. um eine Achse auf diesem drehbaren Hebel 2, gilt für die erzielte Ausgangsbewegung dieses Systems folgende Gleichung:

A = ^-E_{1 +} ^(E₂-E₁).

Die Ausgangsbewegung setzt sich aus zwei Bewegungen zusammen, und zwar der Teilbewegung

A — —L F

A₁- -C₁,

verursacht durch den Größtwert der EingangsbewegungE₁, und der zweiten Teilbewegung

A_a=^(E₂-E₁).

Diese ist im wesentlichen bestimmt durch die Differenz der Extremwerte der beiden Eingangsbewegungen E₁ und E_i.

In vorstehenden Gleichungen bedeuten:

A die Ausgangsbewegung; E₁, E₂ die am Hebel 1 bzw. 2 angreifenden Eingangsbewegungen, wobei das Vorzeichen derselben durch deren Drehsinn gegenüber der Festachse des Hebelsl bestimmt ist; e_v e₂ die jeweils wirksamen Teillängen der Hebel 1 bzw. 2, an denen die Eingangsbewegungen angreifen, zwischen der Achse 4 und dem Angriffspunkt der jeweiligen Eingangsbewegung 5 am Hebell bzw. 2; a_v a₂ die jeweils wirksamen Teillängen der Hebel 1 und 2 zur Erzeugung der beiden Ausgangsteilbewegungen zwischen der Achse 4 und der Achse 3 am Hebel 1 und zwischen der Achse 4 und dem Angriffspunkt der Ausgangsbewegung 6 am Hebel 2. Für e_lt e₂, O₁, a₂ ist das Vorzeigen bestimmt durch den Drehsinn der Bewegung gegenüber ihrer jeweiligen Drehachse.

In Bild 1 bis 6 sind schematische Darstellungen solcher Hebelgetriebe gezeigt, wobei die Breite der Hebel in der zur Bildebene senkrechten Richtung beliebig groß sein kann.

Die Hebel können auch in axialer Richtung behebig zueinander verschoben sein, ebenso um ihre Achsen gedreht angeordnet werden, wobei ihre Achsen nicht parallel zu sein brauchen. Es kommt nur darauf an, daß wenigstens ein zweiter Hebel hinsichtlich seiner Achslage vom ersten Hebel oder in Abhängigkeit von dessen

Drehung gesteuert wird. Ebenso sind die Angriffspunkte der Eingangsbewegungen gleichgültig. Maßgeblich sind nur Drehbewegungen, die den beiden Achsen der Hebel erteilt werden.

Bild 1 zeigt als Ausführungsbeispiel einen einarmigen Hebel 1 mit einer ortsfest zu denkenden Drehachse 3 senkrecht zur Bildebene. Ein weiterer, hier zweiarmiger Hebel 2 ist mit seiner ebenfalls senkrecht zur Bildebene verlaufenden Achse 4 auf dem Hebell gelagert. Die

ίο Achse 4 folgt also den Bewegungen des Hebels 1. Die kraft- und/oder bewegungsschlüssigen Angriffsstellen der einwirkenden Bewegungen befinden sich auf der der Drehachse entgegengesetzten Seite des einarmigen Hebels in 5 zwischen den Hebeln 1 und 2. Die Übertragung der einzelnen Bewegungen auf den einen oder anderen Hebel geschieht z. B. durch Mitnehmer. Es sind drei Mitnehmer durch Punkte angedeutet, jedoch kann ihre Zahl beliebig sein. Die Ausgangsbewegung wird dem Hebel 2 an seinem dem einwirkenden Punkt entgegengesetzten Ende 6 entnommen.

Die Wirkungsweise ist folgende: Solange die einwirkenden Größen gleichen Betrag und gleiche Richtung haben, liegen alle Mitnehmer gleichmäßig am Hebel 1 und 2 an. Sind die Eingangsbewegungen nach oben gerichtet, so gilt dies auch für die Ausgangsbewegung des Punktes 6. Sobald aber auch nur eine beliebige der Eingangsbewegungen E₂ sich von der größten nach oben gerichteten Eingangsbewegung E₁ unterscheidet, also entweder geringer ist oder den Wert Null oder negativ nach unten gerichtete Werte annimmt, so bewirkt der dieser Eingangsbewegung E₂ zugeordnete Mitnehmer eine zusätzliche Drehung des Hebels 2 um dessen Achse in dem Sinn, daß die Ausgangsbewegung des Punktes 6 zunimmt. Diese Zunahme ist bestimmt durch den Unterschied zwischen den Eingangsbewegungen E₂ und E_v

Im allgemeinen wird die zur Erzielung der Ausgangsbewegung erforderliche Kraft auch einen Kraftschluß zwischen Mitnehmer und Hebeln an der Eingangsstelle bewirken. Genügt dies nicht, so kann ein Kraftschluß durch Feder- oder Schwergewichtskräfte erzeugt werden. Einige andere einfache Hebelanordnungen sind in den Bildern 2 bis 6 dargestellt, wobei die Lage der einwirkenden Größen in bezug auf die feste Drehachse und die Verbindungsachse der beiden Hebel sowie die Lage der eingehenden und ausgehenden Bewegungen relativ zueinander variiert sind. Hierbei sind stets die gleichen Bezeichnungen wie in Bild 1 verwandt. Die bestehenden Möglichkeiten sind damit jedoch nicht erschöpft. Bei den bisher erwähnten Beispielen war der zweite Hebel auf dem ersten Hebel form- oder kraftschlüssig gelagert. Ebenso sind weitere Anordnungen möglich, bei denen die Achse des zweiten Hebels durch die Bewegung des ersten Hebels über Zwischenglieder gesteuert wird.

In allen Fällen kann die Wirkung der Differenz von Extremwerten durch Wahl der Hebelverhältnisse auf einen beliebigen Betrag gebracht werden. Ebenso kann die Wirkung auf einen Teil des Weges der Eingangsbewegungen beschränkt werden, indem die Mitnehmer erst von einer bestimmten Teilbewegung ab kraft- und bewegungsschlüssig werden.

Ein besonders wichtiges Anwendungsgebiet derartiger Vorrichtungen ist die Verwendung in elektrischen Anzeige- oder Auslösevorrichtungen oder Relais zur Überwachung oder zum Schutze mehrphasig betriebener Netze oder Stromverbraucher gegen Ausfälle eines Phasenstromes oder einer Phasenspannung. Dies kann sowohl mit als auch ohne zusätzlichen Schutz gegen allgemeine Überlastung geschehen.
Soll weiterhin nicht nur die Richtung, sondern auch die Größe der Ausgangsbewegung unabhängig von der

Claims

Richtung der Einwirkungsgröße sein, so ist dies leicht durch Wahl geeigneter Hebelverhältnisse ^ und H H zu erreichen. Die Übertragung der für Hebelgetriebe beschriebenen Anwendungsbeispiele auf Rädergetriebe bereitet dem Fachmann keine Schwierigkeiten. IO PatentansprOche:

1. Hebelanordnung zum Übertragen oder Umformen voneinander unabhängiger Eingangsbewegungen mehrerer Organe in nur eine Ausgangsbewegung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei beliebige Organe (5) an je einem von zwei Hebeln (1 oder 2), von denen der eine (1) ortsfest und der zweite (Hilfshebel 2) auf dem ersten gelagert ist,

kraftschlüssig anliegen und der Abgriff für die Ausgangsbewegung von einem solchen Punkt (6) des Hilfshebels (2) gebildet ist, daß eine Bewegung eines beliebigen der anliegenden Organe in Richtung seiner Kraft eine Ausgangsbewegung des Punktes (6) in stets der gleichen Richtung bewirkt.

2. Hebelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen (3 und 4) der beiden Hebel (1 und 2) parallel zueinander verlaufen.

3. Hebelanordnung auch einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als die Eingangsbewegungen ausführende Organe thermische Dehnungsglieder bzw. BimetallstreifenVerwendung finden, die direkt oder durch Zwischenglieder auf die Hebel einwirken.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 347926, 391735, 837869; Archiv für Technisches Messen (ATM), V1245-2, 1934

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen