-
Auslöseeinheit für elektrische Schaltgeräte Die Erfindung bezieht
sich auf eine Auslöseeinheit für elektrische Schaltgeräte zum Schutz elektrischer
Anlagen gegen Überlastungen mit einem auf kleinere Dauerüberströme ansprechenden
thermischen Auslöseglied und einem ebenfalls zeitabhängig auf größere Überströme,
gegebenenfalls Kurzschlußströme, ansprechenden elektromagnetischen Auslöseglied
sowie einem beiden Auslösegliedern gemeinsamen Auslösemechanismus. Es sind bereits
Einrichtungen zum Schutz elektrischer Anlagen gegen Überlastungen dieser Art bekannt,
bei denen jedem Auslöseglied ein gesonderter Stromwandler zugeordnet ist. Die Stromwandler
und die Auslöseglieder nehmen bei dieser bekannten Auslöseeinrichtung verhältnismäßig
viel Platz in Anspruch.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Auslöseeinheit für elektrische
Schaltgeräte zum Schutz elektrischer Anlagen gegen Überlastungen zu schaffen, die
die genannten Nachteile nicht aufweist, d. h. eine Auslöseeinheit, die so kompakt
ausgebildet ist, daß sie direkt auf Leistungsschaltern angeordnet werden kann, ohne
die Einhaltung der erforderlichen Phasenabstände zu beeinträchtigen.
-
Die Erfindung besteht darin, daß die beiden Auslöseglieder von einem
ihnen gemeinsam zugeordneten Stromwandler gespeist werden und daß der Stromwandler
und die beiden Auslöseglieder durch Anordnung in einer Ebene zu einer flachen Baueinheit
vereinigt sind. Eine derartige flache Auslöseeinheit ist äußerst kompakt und macht
es möglich, daß bei unmittelbarem Aufbau derartiger Einheiten auf Leistungsschaltern
die notwendigen Phasenabstände eingehalten werden können.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das thermische Auslöseglied
zwischen dem Stromwandler und dem elektromagnetischen Auslöseglied angeordnet. Bei
einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Auslöseeinheit
umfaßt das thermische Auslöseglied eine Heizwicklung und ein Bimetallelement, wie
an sich bekannt, und einen Wärmespeicher, vorzugsweise in Gestalt eines dünnwandigen
Gefäßes, bei dem durch teilweise Füllung mit Flüssigkeit eine Anpassung an die wichtigsten
Zeitkonstanten der zu schützenden Anlage vorgenommen werden kann.
-
In der Zeichnung ist als Beispiel eine Ausführungsform des Gegenstandes
der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 und 2 die Vorder- und die Seitenansicht
einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Auslöseeinheit für elektrische Schaltgeräte,
deren Verkleidung teilweise im Schnitt dargestellt ist, Fig. 3 in vereinfachter,
räumlich auseinandergezogener Darstellungsweise den prinzipiellen Aufbau und das
Zusammenwirken der einzelnen Teile der Auslöseeinheit und Fig. 4 eine Ausführungsform
eines Zeitwerkmotors mit den Ansprechorganen.
-
In Fig. 1 ist 1 der die stromunabhängige Zeitauslösung bewirkende
erste Hauptteil der Auslöseeinheit, 2 der das thermische Abbild des zu schützenden
Objektes darstellende zweite Hauptteil. Beide Hauptteile werden vom Stromwandler
3 gespeist und wirken mechanisch auf das gemeinsame Auslöseorgan 4.
5 und
6 sind die Anschlüsse zur Primärwicklung des Stromwandlers 3. Der untere Anschluß
6 kann gleichzeitig zur Befestigung der ganzen Auslöseeinheit dienen. Das
eigentliche Auslöseorgan 4 enthält in bekannter Weise einen Kraftspeicher,
der beim Ansprechen den Hebel 7 nach unten bewegt und den im zu schützenden Anlageteil
eingebauten Leistungsschalter entweder unmittelbar mechanisch oder über einen Hilfskontakt
öffnet. Die Organe 1 bis 7 sind zu einem einzigen Gerät von flacher Form zusammengefaßt,
dessen Dicke, wie es Fig. 2 andeutet, diejenige der üblichen Hauptstromauslöser
nicht überschreitet, so daß auch bei direktem Aufbau der Auslöser auf Leistungsschaltern
die notwendigen Phasenabstände eingehalten sind. Auf der Schmalseite, wo der Auslösehebel
7 herausragt, sind die Einstell- und Anzeigeorgane angeordnet.
In
Fig. 3 sind die Hauptteile der Auslöseeinheit auseinandergezogen und teilweise im
Schnitt dargestellt, um gewisse Einzelheiten besser sichtbar zu machen. Der Stromwandler
3 hat einen mantelförmigen Eisenkern, in dessen Wickelraum die in dem zu
schützenden Stromkreis liegende Primärspule 8 und die Sekundärspule
9 untergebracht sind. Die Anschlüsse zur Primärwicklung sind wieder mit 5
und 6 bezeichnet. Das T-förmige Eisenkernstück 10 ist verschiebbar, so daß
der Luftspalt im mittleren Kern verändert werden kann. Die Veränderung des Luftspaltes
erfolgt mittels des durch die selbsthemmende Schraube 11 in den Schlitz 12 eindringenden
Keils 13. Das Eisenkernstück 10 wird durch die Feder 14 stets nach
oben gegen den Keil gedrückt. Die Sekundärwicklung des Stromwandlers speist gleichzeitig
den die stromunabhängige Zeitauslösung bewirkenden ersten Hauptteil 1 und
den das thermische Abbild des zu schützenden Objektes darstellenden, die Auslösezeit
beeinflussenden zweiten Hauptteil 2 der Auslöseeinheit, wobei die beiden
Hauptteile elektrisch parallel, wie es Fig. 3 zeigt, oder aber auch in Reihe geschaltet
sein können. Dieser zweite Hauptteil enthält eine flache Heizwicklung
15, welche in eine hitzebeständige und plastische Masse, die in der Zeichnung
nicht dargestellt ist, eingebettet ist, um einen stets gleichbleibenden Wärmeübergang
zwischen dieser Wicklung und dem aufzuheizenden Körper zu gewährleisten. Dieser
besteht aus einem Stapel von blattfederartig gekrümmten Bimetallstreifen 16, welche
in einem Metallgehäuse 17 angeordnet sind, und dem eigentlichen auswechselbaren
Wärmespeicher 18 in Form eines mit einer geeigneten Flüssigkeit, z. B. Wasser,
teilweise oder ganz gefüllten dünnwandigen Blechbehälters, der mit dem Bimetallstapel16
unmittelbar in Berührung steht. Die jeweilige Wärmeausdehnung des Bimetallstapels
16 wird über den Hebel 19 auf die Welle 20 übertragen, deren
Drehwinkel eine Funktion der Bimetalltemperatur darstellt und an der Skala
21 abgelesen werden kann. Die Teile 15
bis 18 sind in einem
wärmeisolierenden Gehäuse 22
untergebracht, um äußere Einflüsse möglichst
abzuschwächen.
-
Der Hauptteil 1 enthält eine die stromunabhängige Zeitauslösung
bewirkende Vorrichtung, welche im wesentlichen aus einem Synchronmotor besteht,
dessen Feldspule gestrichelt angedeutet und mit 23
bezeichnet ist und der
mit zwei zusätzlichen Ansprechorganen kombiniert und in Fig. 4 ausführlicher dargestellt
ist. Der Hauptteil 1 ist in einem Schutzgehäuse untergebracht und trägt ferner
die Einstellorgane 24
für die stromunabhängige Zeitverzögerung,
25 für den überstromwert, bei dem das Zeitwerk anspricht, 26 für den
überstromwert bei Momentauslösung und eventuell einen Riegel zum Blockieren der
Momentauslösung.
-
Am Gehäuse von Teil 4 sitzt auch die mit einem Zeiger versehene Scheibe
27, welche mit der Einstellschraube 11 im Eingriff steht und deren
Skala in Vielfachen vom Spulen-Nennstrom des Stromwandlers geeicht ist.
-
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des als Spaltpohnotors ausgeführten
Synchronmotors. Die Feldwicklung 23 magnetisiert den Magnetkern 28. Der Rotor
29, der vorteilhafterweise aus einem Permanentmagneten besteht, ist so bemessen,
daß sein Drehmoment im Verhältnis zur zu bewegenden Masse so groß ist, daß auch
ohne asynchrones Moment der Anlauf innerhalb weniger als eine Periode des speisenden
Stromes erfolgt. Im magnetischen Nebenschluß des Motoreisenkernes 28 sind
die beiden schwenkbaren Anker 30 und 31 vorgesehen, die von je einer einstellbaren
Feder 32 und 33 in ihre Ruhelage gezogen werden. Die mit Schwingzungen 34 am Anker
30 befestigten Gewichte 35 bilden zwei aufeinander abgestimmte Schwingsysteme, die
bewirken, daß über eine genügende Frequenzbandbreite vibrationsfreies Ansprechen
erzielt wird. An Stelle der Schwingsysteme 34/35 könnte auch eine geschwindigkeitsabhängige
Dämpfung eingesetzt werden, wie sie in Fig. 4 strichliert angedeutet ist. An einer
Verlängerung des Ankers 30 ist eine rechteckige Metallscheibe 36,
z. B. aus Aluminium, angebracht, die sich zwischen den Polen eines Permanentmagneten
37 bewegt. Dadurchwerden Wirbelströme in der Metallscheibe erzeugt, die eine
von der Geschwindigkeit abhängige Bremswirkung hervorrufen. Im allgemeinen ist der
Rotor 29 blokkiert. Sobald jedoch der Strom in der Feldwicklung 23 einen
gewissen Wert, welcher mittels der Feder 32 eingestellt werden kann, überschreitet,
wird der Anker 30 dieses Ansprechsystems gegen den Magnetkern 28 gezogen und bewirkt
durch nicht dargestellte Mittel die Freigabe des Rotors 29. Letzterer treibt
das Zeitwerk, welches seinerseits, nach Ablauf der eingestellten Zeit, z. B. 2 Sekunden,
den Auslösemechanismus betätigt. Der Anker 31 arbeitet in ähaHcher Weise, nur ist
die einstellbare Feder 33 so bemessen, daß ihre Zugkraft erst bei einem Vielfachen
des Nennstromes überwunden wird, wobei dann der Anker ohne Verzögerung über das
in Fig. 4 durch einen Pfeil angedeutete Gestänge unmittelbar auf den Auslösemechanismus
wirkt, der gemäß Fig. 1 im Teil 4 untergebracht ist.
-
Beim Auftreten eines mäßigen Überstromes in dem zu schützenden Anlageteil
wirkt der oben beschriebene Auslöser folgendermaßen: Durch die Zunahme des
im Sekundärkreis des Stromwandlers 3 fließenden Stromes erwärmt die Heizwicklung
15 den Bimetall-Stapel 16 und den Wärmespeicher 18 so lange auf, bis
der Bimetallstapel über den Hebel 119 und die Welle 20 den im Teil 4 befindlichen,
in den Figuren nicht dargestellten Kraftspeicher auslöst und den zu schützenden
Anlageteil abschaltet.
-
Beim Auftreten von größeren Überströmen und bei Kurzschlüssen, bei
denen eine selektive Abschaltung des speisenden Netzes innerhalb kürzerer Zeit,
z. B. 0,2 bis 3 Sekunden, verlangt wird, spricht der Anker 30 (Fig. 4) beim
überschreiten des Einstellwertes an und gibt den Rotor 29 des Synchronmotors frei,
der das Zeitwerk antreibt und nach Ablauf der eingestellten Zeit die Abschaltung
durch Auslösen des Kraftspeichers bewirkt.
-
Bei sehr hohen Kurzschlußströmen spricht der Anker 31 (Fig. 4) an,
sofern der an der Skala 26 eingestellte Wert überschritten wird, und löst den Kraftspeicher
urverzögert aus.
-
Die vier Einstellmöglichkeiten: das Vielfache des Nennstromes der
Stromwandler-Primärwicklung 8
- die stromunabhängige Zeitverzögerung
24 und deren Ansprechwert 25 bei überstrom - der überstromwert bei
Momentauslösung 26 nebst der Möglichkeit, diese letztere zu blockieren -
sowie die Wahl der Wärmekapazität durch Einfüllen von mehr oder weniger Flüssigkeit
in den Wärmespeicher 18, gestatten eine weitgehende Anpassung einerseits an die
thermischen Eigenschaften des zu schützenden
Anlageteiles und anderseits
an die für einen selektiven Kurzschlußschutz des speisenden Netzes notwendigen Bedingungen.
-
Durch Weglassen des zweiten Hauptteiles 2, d. h. des thermischen Teiles,
kann die Auslöseeinheit zu einem überstromauslöser mit stromunabhängiger Zeitverzögerung
vereinfacht werden.