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Einrichtung zur Erfassung von Grenztemperaturen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Einrichtung zur Erfassung von Grenztemperaturen, insbesondere in elektrischen
Maschinen und Geräten, unter Verwendung temperaturabhängiger Widerstandselemente,
z. B. Heißleiter in Spannungsteilerschaltung mit Festwiderständen, wobei jedem der
Fühlerelemente weitere Widerstandselemente, insbesondere Festwiderstände; parallel
geschaltet sind, und eines Signalgebers, auf den ein oder mehrere der Abgriffe dieser
Spannungsteiler geschaltet sind.
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Zur Erfassung von Grenztemperaturen in elektrischen Maschinen und
Geräten ist bereits vorgeschlagen worden, Heiß- oder Kaltleiter in einer Brückenschaltung
zu verwenden und die Brücke so auszulegen, daß bei bestimmten Potentialverhältnissen
an der das messende Element aufnehmenden Brückendiagonale ein empfindliches, vorzugsweise
schaltendes Element, z. B. ein Halterelais, ausgelöst wird. Werden Kaltleiter eingesetzt,
so verwendet man in der Regel eine Ruhestromschaltung, während mit Heißleiter Arbeitsstromschaltungen
bevorzugt werden. Durch Kunstschaltungen können auch Heißleiter im Ruhestrombetrieb
verwendet werden. Das Ruhestromprinzip hat den Vorteil, daß bei Drahtbruch oder
sonstiger Unterbrechung des Meßfühlerkreises ein Signal genau wie bei Überschreiten
einer Grenztemperatur ausgelöst wird. Ein Kurzschluß auf der Meßleitung wird dagegen
nicht erfaßt, vielmehr wird durch einen solchen die Meßeinrichtung außer Funktion
gesetzt. Bei einem Arbeitsstromprinzip ergeben sich entsprechend umgekehrte Verhältnisse.
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Um neben der sicheren Erfassung von Grenztemperaturen auch Störungen
auf den Meßleitungen, das sind die Verbindungen zwischen der Meßbrücke und den eigentlichen
Meßfühlern, zu erfassen, ist bereits vorgeschlagen worden, in Serie zu Kaltleiterfühlern
bzw. parallel zu Heißleiterfühlern Festwiderstände zu schalten und die Brücke so
abzustimmen, daß sowohl bei Überschreiten als auch bei Unterschreiten bestimmter
Ohmwerte im Meßkreis ein Signal ausgelöst wird. Bei Heißleitern kann der Effekt
noch durch die Parallelschaltung von Kaltleitern verbessert werden, weil diese die
Widerstands-Temperaturkennlinie nicht so stark verflachen wie die Parallelschaltung
von Festwiderständen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der beschriebenen
Art anzugeben, bei der sowohl die Überschreitung einer Grenztemperatur als auch
eine Störung auf den Meßleitungen sicher, d. h. nicht nur durch Potentialschwankungen,
sondern durch ein eindeutiges Signal kenntlich gemacht wird.
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Ferner soll zur Signalgabe eine Leistungsstufe, ins-
besondere ein
Relais od. dgl., eingesetzt werden können, das weniger empfindlich ist als die sonst
eingesetzten hochempfindlichen Haltemagnete. Schließlich soll durch die Einrichtung
nach der Erfindung sichergestellt werden, daß nach dem Auslösen eines Signals und
Abkühlung des überwachten Gerätes die tÇberwachungseinrichtung selbsttätig wieder
in die Betriebsbereitschaftsiage geht.
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Die Einrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
der Signalgebereingang über zwei getrennte Steuerkreise mit dem Spannungsteilerabgnff
verbunden ist, von denen der eine bei Potentialumkehr und der zweite bei Überschreiten
eines vorgegebenen Potentialgrenzwertes am Spannungsteilerabgriff zum Signalgeber
ein diesen aussteuerndes Signal durchläßt bzw. erzeugt. Damit gleiche Signale für
Temperaturanzeige und Störung auf den Meßleitungen anliegen, wird vorteilhaft der
eine der Steuerkreise mit einer Signalumkehrstufe ausgestattet.
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In an sich bekannter Weise werden mehrere parallel geschaltete Spannungsteiler
und die Eingangskreise bzw. die diese mit dem Signalgeber verbindenden Steuerkreise
gegeneinander durch Gleichrichter elektrisch entkoppelt. Als Signalumkehrstufe wird
vorteilhaft ein weiterer Spannungsteiler eingesetzt, dessen einer Zweig von einem
gesteuerten Halbleiter, z. B. einem Transistor, gebildet ist,. der mit seiner Basis
über einen Gleichrichter auf den Abgriff des die Meßfühler
enthaltenden
Spannungsteilers geschaltet ist.
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Dies ergibt zugleich eine Signalverstärkung, denn diese Schaltung
ist ein Transistorverstärker in Emitterschaltung.
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An Hand der Zeichnung wird ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
einer Einrichtung nach der Erfindung beschrieben und die Wirkungsweise erläutert.
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Die Einrichtung nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus einem
Netzteil N, einem Verstärker-und Signalteil V sowie mehreren Meßblöcken I, II und
III. Es ist vorteilhaft, den Verstärkerteil V mit Ausnahme des schaltenden Elementes,
z. B. eines Relais R, mit dem Netzteil und gegebenenfalls auch mit den fest eingestellten
Teilen der Meßblöcke zusammenzubauen, jedoch ist dies im Einzelfall an die Gegebenheiten
der Praxis anzupassen. So kann es auch zweckmäßig sein, z. B. einen Netzteil für
mehrere Meßeinrichtungen gemeinsam zu verwenden.
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Der Netzteil N besteht aus einem Netztransformator 1, den nachgeschalteten
Gleichrichtern 2 und den Oiättungskondensatoren 3. Die eingetragenen Spannungswerte
sind Iediglich als Beispielsangaben gemacht.
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Der Verstärkerteil V enthält die Transistoren T2, T3 und T4, von
denen letzterer unmittelbar das schaltende Relais R oder ein Schütz zur Abgabe eines
Signals, insbesondere zur Auslösung von Schutzschaltern, steuert. An Stelle der
Transistoren können selbstverständlich auch andere, ähnlich wirkende Elemente, wie
Viersohichtgleichrichter u. dgl., eingesetzt werden. Zur Spannungsbegrenzung ist
dem Relais R eine Diode 4 parallel geschaltet. Eine weitere Spannungsbegrenzungsdiode
5 ist parallel zur Emitter-Basis-Strecke des Transistors T3 geschaltet. Die Transistoren
T3 und T4 bilden zusammen eine monostabile Kippverstärkerstufe. Die Rückkopplung
für diese Kippstufe erfolgt dabei über den Widerstand 6.
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Zur Kippverstärkerstufe gehören ferner die Widerstände 7, 8, 9, 10
und 11.
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Am Eingang des Kippverstärkers, d. h. an der Basis des Transistors
T3, liegen ein Spannungsteiler, be stehend aus den Widerständen 10, 11 und 17, sowie
die Meßblöcke I, II bzw. III und der Emitteranschluß des Transistors T2, der hier
als Kaskadentransistor für den Transistor T3 wirkt. Die Einstellung dieser Verstärkerstufe
auf einen bestimmten Ansprechwert wird einmal durch die Auswahl einer Schwellspannungsdiode
Z, zum anderen durch die Widerstände 10, 16 und 17 bewirkt. Die Widerstände 9, 10
und 12 dienen zur Temperaturkompensation der Transistoren T2 bis T4.
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Es ist ersichtlich, daß die Transistoren T 2 und T 3 basisseitig
jeweils über Dioden D 2 bzw. D 3 mit den Meßblöcken I bis III bzw. den Potentialabgriffen
a und b dieser Meßblöcke verbunden sind. Die Dioden D 2 und D 3 bilden »Oder«-Gatter,
so daß jedes Signal von den einzelnen Meßbiöcken gleichberechtigt ein Signal am
Relais R auslösen kann. Zudem entkoppeln diese Gleichrichter die einzelnen Meßblöcke
bzw. ihre Potentialabgriffe gegeneinander.
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Die Schwellspannungsdiode Z, z. B. eine Zenerdiode, bewirkt, daß
der Transistor T 2 erst nach Überschreiten einer bestimmten Mindestspannung am Potentialabgriff
a ausgesteuert wird.
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Jeder Meßbilock besteht aus einem Spannungsteiler mit dem Festwiderstand
13, dem Thermofühler F und dem diesem Fiihler parallel geschalteten Festwider-
stand
14. Ferner sind zur Verstärkung und zur Signalumkehr ein Transistor T 1 mit seinen
Widerständen 15, 16 und 17 sowie; eine der Basis des Transistors T 1 vorgeschaltete
Diode D 1 eingesetzt. Die Verbindungsleifung zwischen den festen Teilen der Meßblöcke
und den eigentlichen Fühlern F mit ihren parallel geschalteten Widerständen 14 ist
gestrichelt eingezeichnet.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ergibt sich wie folgt:
Der Spannungsteiler 13 und 14, F ist so eingestellt, daß bei normalem Betrieb, d.
h. einwandfreien Meßleitungen und einer Fülertemperatur, die unterhalb der vorgegebenen
Ansprechtemperatur liegt, am Punkt a ein negatives Potential solcher Größe anliegt,
daß die Diode Z noch sperrt. Nur bei Leitungsbruch auf der Meßleitung oder einer
anderen Störung, die einer Unterbrechung dieser Leitung gleichkommt, wird das Potential
am Punkt a so weit negativ, daß die Schwellspannungsdiode Z durchläßt und damit
Strom vom Punkt c über die Diode Z, die Dioden D 2 und den Widerstand 13 nach N
gezogen wird. Dieser Stromfluß steuert die Kaskade aus den Transistoren T 2 und
T3 so auf, daß der Transistor T4 schließt und damit das Relais R im Kollektorkreis
dieses Transistors abwirft.
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Tritt am Fühler F eine den Grenzwert überschreitende Temperatur oder
am Meßkreis ein Kurzschluß auf, so wird dieser Meßkreiswiderstand kleiner, und zwar
so klein, daß am Punkt n ein positives Potential anliegt. Damit wird die gegebenenfalls
auch als Schwellspannungsdiode ausgebildete Diode D1 stromführend. Das Potential
an der Basis des Transistors T 1 erhöht ich damit so weit, daß dieser Transistor
sperrt. Das Sperren des Stromflusses über den Emitter-Basis-Kreis des Transistors
T 1 bewirkt, daß das Potential im Punkt b negativ wird. Dies ergibt einen Stromfluß
über die Diode D 3 und den Widerstandl7, also eine Aufsteuerung des Transistors
T3. Der stromfuhrende Transistor T3 legt damit Sperrpotential an die Basis des Transistors
T4, wodurch dieser genau wie bei Leitungsbruch den Stromfluß über das Relais R sperrt,
so daß dieses abfällt.
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Es ist ersichtlich, daß durch die Einrichtung nach der Erfindung
in einfacher Weise unter Verwendung von Verstärker- und Signalumkehrstufen auf kontaktlosem
Wege sowohl bei Überschreitung einer vorgegebenen Grenztemperatur an den Meßfühlern
als auch bei einem Bruch oder einem Kurzschluß der Meßleitungen die Auslösung eines
Signals durch das Relais R bewirkt wird. Selbstverständlich läßt sich an Stelle
des Relais R auch ein kontaktloses schaltendes Element, z. B. ein Leitungstransistor,
nachschalten, der unmittelbar auf Schutzschalter od. dgl. wirkt.
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Duroh Einstellen der Werte der Widerstände 15 und 18 ist die Möglichkeit
gegeben, die Ansprechtemperatur in bestimmten Grenzen zu ändern. Dabei wird durch
die Widerstände 15 ein bestimmter Bereich eingestellt, innerhalb dessen mit dem
Widerstand 18 Feineinstellung vorgenommen werden kann.
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Damit ist es auch möglich, unter Verwendung gleicher Meßfühler und
gleich aufgebauter Verstärkereinheiten sowie gleich aufgebauter Meßblöcke die Temperatur
wählbar zu machen. Dies kann entweder durch die Verwendung eines betriebsmäßig einstellbaren
Widerstandes 18 oder aber durch Auswahl verschiedener Widerstände in der Fertigung
erfolgen. Werden Festwiderstände
18 verwendet, so können die kompletten
Einheiten. bestehend aus Verstärker und festem Meßblockteil sowie gegebenenfalls
auch dem Netzteil, entsprechend der Auswahl dieser Widerstände 15 und 18 mit verschiedenen
Temperaturen gekennzeichnet werden.