DE323369C - Schutzsicherung fuer durch Temperatursteigerungen gefaehrdete elektrische Maschinen usw - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AIH 24. JULI 1920

Elektrische Maschinen und Apparate bedürfen mehr als andere Maschinen eines Schutzes gegen unzulässige Überlastungen, da die verwendeten Isoliermaterialien nur bis zu be-

.5 stimmten, im allgemeinen setr niedrig liegenden Temperaturen erwärmt werden ^dürfen, wenn ne nicht Schaden erleiden und damit die Betriebsfähigkeit der elektrischen Maschine in Frage stellen sollen.·

ίο Gewöhnliche Schmelzsicherungen und automatische Ausschalter bieten nur Schutz bei plötzlich auftretenden Stromstößen, versagen aber nahezu gänzlich bei nur geringen aber lang andauernden Überlastungen des betreffenden Motors oder Apparates. Bei dem heutigen Stande der Elektromaschinentechnik werden alle Materialien bis an die zulässige Grenze ausgenutzt, um kleine und gut verkäufliche Maschinen bei einer bestimmten Leistung zu bekommen. Es besteht daher ein großes Bedürfnis dafür, eine größere Sicherheit zu haben, daß die für den Motor festgesetzte Maximalleistung im Dauerbetriebe oder im intermittierenden Betriebe nicht überschritten wird.

Ferner ist bei der weitverbreiteten Anwendung des Elektromotors nicht wie bei anderen An^riebsmaschinen ständige Beobachtung des laufenden Motors möglich. Es kann alco in der Regel garnicht rechtzeitig bemerkt werden, wenn sich Teile des Motors unzulässig erwärmen. Unter den Stellen, die zu hohe, den Betrieb des Motors gefährdende Temperaturen annehmen können, spielen neben den durch Überlastungen gefährdeten Wicklungen auch die Lager des Motors eine Rolle, da durch ! schlechtes öl, Stehenbleiben der Schmierringe ucw. so hohe Lagertemperaturen auftreten ; können, daß der Anker (Rotor) des Motors ' festläuft bzw. die Lager auslaufen. Der elektrische-Teil des Motors kann dadurch weiterhin ebenfalls geschädigt werden, da bei dem Anlaufen z. B. des Rotors von Drehstrommotoren an die Statorwicklung durch die entstehende Reibungswärme ein Verkohlen der Rotor- und Sfatorisolation eintritt.

Als bislang bekannte Schutzeinrichtungen werden z, B. Kontaktthermometer an den durch Temperatursteigerungen gefährdeten Stellen eingebaut. Auch werden Lötstellen, die mit bei niedriger Temperatur auslötenden Metallen hergestellt sind, oder plastische, bei höheren Temperaturen weich werdende Materialien, wie Wachs VL¹SW., mit eingebetteten Stiften an die Gefahrstellen gebracht, wobei durch Auflöten der Lötstelle bzw. durch Weichwerden des verwendeten Materials Schaltvorgänge eingeleitet werden, die den zu schützenden Apparat (Motor) abschalten sollen. Bei allen diesen Einrichtungen erfolgt die Ausschaltung durch vor den Motor geschaltete Selbstschalter. Schutzeinrichtungen für direkte Abschaltung des Hauptstromes sind nur für kleine Lei-. stungen und niedrige Spannungen bekannt, z. B. sogenannte Motorschutzsicherungen für kleine Wechsel- und Drehstrommotoren.

Die Notwendigkeit, für größere Leistungen

Lagerexemplar

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stets automatische Schalter zur eigentlichen Abschaltung heranzuziehen, steht der Einführung eines zweckmäßigen Temperaturschutzes sehr im Wege, da die Kosten für derartige Anordnungen verhältnismäßig hoch sind. Es muß berücksichtigt werden, daß die Abschaltungen eines Motors infolge zu hoher Erwärmung nicht so häufig aufzutreten pflegen wi z. B. die durch falsche Bedienung oder Kurz ίο schluß veranlaßten Abschaltungen. Es ist da her erwünscht, einen Temperaturschutz zu haben, der in einfachster Weise den gewollten Zweck erfüllt, in der Anschaffung billig ist und im übrigen die. Gesamtschaltanordnung nicht unübersichtlich gestaltet.

Ein sehr einfaches Mittel zur Lösung dieser grundsätzlich wichtigen Frage besteht gemäß der Erfindung in der Anwendung von normalen Schmelzsicherungen in Verbindung mit den erwähnten Temperaturschutzapparaten. Wenn z. B. eine Schmelzsicherung für eine niedrigere Stromstärke, als es der Motorleistung entspricht, z. B. für ^χ/₃ oder ²/₃ dieses Wertes, parallel zu einer Lötstelle aus leicht schmelzbarem Metall geschaltet wird, so wird im Ruhezustande nur ein geringer Teilstrom durch die Sicherung fließen. Bei eintretender zu hoher Erwärmung und dadurch veranlaßtem Auflöten der Lötstelle wird plötzlich die Schmelzsicherung voll in den Stromkreis eingeschaltet und bewirkt nun sofort die Abschaltung des Motors. Da an den Enden der Sicherung nur ein sehr kleines Spannungsgefälle beste! t, so erfolgt das Auflöten ohne Auftreten eines nennenswerten Funkens. Zweckmäßig ist dabei, wenn das Auflöten sehr schnell geschieht und wenn zugleich eine Sicherung gewählt wird, die eine geringe Verzögerung besitzt. Die Kontakte des Schalters parallel zur Sicherung müssen zwar stark genug sein, um dauernd den Betriebsstrom, ohne daß wesentliche Erwärmung an ihnen auftritt, aushalten zu können, doch wird der Schaltmechanismus sehr einfach und die Entfernung de Schaltkontakte voneinander sehr gering.

,Beispiele von Apparaten, die nach dieser Schaltung gebaut und für den Einbau in Dynamomaschinen, Motoren, Lastmagnete zum Schütze der Wicklungen oder in die Lagerstellen von Elektromotoren usw. zur rechtzeitigen Abschaltung des Motors bei eintretender zu hoher Lagertemperatur bestimmt sind, sollen nachstehend näher beschrieben werden. In der Fig. 1 ist das Schaltbild der An-Ordnung dargestellt, wenn die Sicherung s direkt parallel' zur Lötstelle I einer Temperatursicherung geschaltet ist. h ist die Heizspule. Diese Anordnung ist nur anwendbar für geringere Stromstärken und Spannungen. In der Fig. la ist das. Schaltbild der An- \ Ordnung dargestellt, wenn die Sicherung s pa-I rallel zu den Kontakten k¹, k² einen kleinen, 1 den Hauptstrom führenden Hilfsschalter liegt, der durch eine Temperatursicherung t bei einj tretender zu hoher Temperatur zur Auslösung 6j gebracht wird. Es ist wieder angenommen, daß die Auslösung durch eine auflötende Lötstelle I erfolgt, die z. B. durch die Spule h geheizt wird.

Iu den Fig. 2 und 3 sind zwei Schnitte durch 7c einen Temperaturapparat zum Schütze eines Motors, z. B. seiner Wicklungen oder seiner Lager, öder zum Schütze der Magnetspule eines Hebemagnets dargestellt. Fig. 4 zeigt den An- bzw. Einbau dieses Apparates in einen Motor. Durch die Klemmen P₁ und ß_z fließt der Strom zu dem feststehenden Kontakt c und dem beweglichen Kontakt d. Letzterer ist um den Zapfen b drehbar und wird im eingeschalteten Zustande durch die Nase h des um den Zapfen e 8c drehbaren Hebels m festgehalten. Mit dem Hebel m ist isoliert das Auslötorgan verbunden. Dieses besteht aus dem dünnwandigen Metallrohr h, in dem sich ein kleiner Kolben mit Stift r und Feder f befindet. Bei Z ist unter Anwendung leicht schmelzbaren Metalls, z. B. Woodscher Legierung der Stift r so fest gelötet, daß die Feder f gespannt ist. Das Metallrohr h wird z. B. gemäß Fig. 4 in ein Bohrloch am Rande eines der Polkerne des Motors eingeführt, so daß es direkt an dem Spulenkasten der Wicklung des Poles anliegt, wo erfahrungsgemäß die höchste Temperatur im Motor auftritt. Die Schmelzsicherung s Hegt parallel zu den Kontakten c,d. Tritt nun eine zu hohe Temperatur im Motorinnern auf, so erfolgt bei I die Auslötung des Stiftes r. Durch den Federdruck wird der Kolben mit Stift nach oben bewegt, und die Sperrnase k gibt den unter dem Druck der 10c Feder q stehenden beweglichen Hebel» frei. Es erfolgt die Unterbrechung des Hauptstromes an dieser Stelle, jedoch liegt nun die Sicherung s in dem Stromkreis an Stelle des Schalterkontaktes. Da die Sicherung für die Motorleistung zu schwach gewählt ist, z. B. für ²/₃ seiner Dauerstromstärke, so wird sie in kurzem Zeitabstande nach Unterbrechung der Schalterkontakte c, d durchschmelzen und den durch Erwärmung gefährdeten Motor direkt abschalten. Der Splint p hat den Zweck, den Hebel m nur beim Auflöten der Lötstelle freizugeben, damit nicht bereits durch Erschütterungen eine Ausschaltung der Schalterkontakte eintreten kann. Der ganze, in Isoliermaterial i eingebettete Mechanismus kann aus dem eisernen Schutzkasten α herausgehoben werden, worauf ein neues Festlöten des Stiftes bei I und Einsetzen einer neuen Sicherung s erfolgen kann.

Nach dem gleichen Prinzip lassen sich in entsprechend angepaßter Form Apparate zum Schütze der Motorlager gegen Heißlaufen bauen. Ferner kann eine derartige kombinierte Schutzsicherung in geeigneter Konstruktion verwendet werden, um elektrische Heiz- und Kochapparate vor dem Verbrennen der eingebetteten Heizkörper zu schützen. Bekanntlich besteht bei gewissen Heiz- und ίο Kochapparaten diese Gefahr, das sogenannte »Trockengehen«, wenn die Apparate ohne die erforderliche Füllung, z. B. Wasser, eingeschaltet bleiben. Zum Schütze derartiger Apparate muß dann ein Lot genommen werden, das der Zulässigen Endtemperatur für den Heizkörper angepaßt ist.

Zum Schütze elektrischer Leitungen gegen Verbrennen erfüllen die heute gebräuchlichen Sicherungen in der Regel nur unvollkommen ihren Zweck, da sie eine viel zu geringe Verzögerung besitzen. Außerdem wird bei Verwendung einer normalen Schmelzsicherung keine Rücksicht genommen auf die jeweilige Verlegungsart der Leitung. Will man die Belastungsfähigkeit von Leitungen voll ausnutzen, so legt man zweckmäßig eine mit einer Temperatursicherung kombinierteSchmelzsicherung nach der Schaltung der Fig. .1 oder ι a in den betreffenden Stromkreis, wobei je nach der Verlegungsart usw. eine Temperatursieherung gewählt wird, die die bei dieser Art der Verlegung zulässige Erwärmung und die Zeit, in der die Endtemperatur auftreten darf, berücksichtigt. Eine Sicherung für den vorliegenden Zweck ist z. B. in den Fig. 5 bis 7 abgebildet. Innerhalb der Spule s befindet sich das Auslötorgan a, das in der Fig. 6 im gelöteten, in der Fig. 7 im ausgelöteten Zustande besonders dargestellt ist. p ist der Schmelzstöpsel, im vorliegenden Falle eine Diazedpatrone. f und k sind Blattfedern. Das Ganze ist in Isoliermaterial i, z. B. Porzellan, eingebettet.

Derartige Schutzsicherungen können selbstverständlich auch an Stelle der zu Anfang beschriebenen Anordnung nach den Fig. 2 bis 4 zum Schütze von Motoren und Apparaten, besonders von Kleinmotoren, Drehstrombremsmagneten usw., verwendet werden. Das Prinzip der Schaltung nach Fig. 1 und ι a läßt sich auch in geeigneter Weise auf kombinierte Temperatur- und Maximalstromauslöser anwenden. Ein solcher Schutzapparat ist in der Fig. 8 im Längsschnitt dargestellt. Es ist hier ein Stecker als beispielsweise Ausführung des Prinzips gewählt worden, da gerade zum Schütze von Kleinmotoren geeignete Apparate auf diesem Ge-)o biete fehlen. Die Fig. 9 zeigt einen Querschnitt und die Fig. 10 das Schaltungsschema.;

In der Spule s befindet sich wieder das Auslöseorgan α mit der Lötstelle bei L Die Sicherung p wird im Ruhezustande durch den Kniehebel h, der die beiden Federn f_t und f₂ verbindet, kurzgeschlossen. Bewegt sich entweder das ganze Auslöseorgan α infolge der elektromagnetischen Wirkung der Spule s oder das Oberteil desselben bei Einj tritt der Schmelztemperatur des Lotes nach I oben, so wird der Kniehebel h nach oben i durchgedrückt, und die Aufhebung des Kurz-1 Schlusses der Sicherung erfolgt augenblick- : lieh unter dem Zug der gespannten Feder z. i Die Sicherung schmilzt durch und unterj bricht dadurch den Stromkreis.

Vor erneuter Inbetriebnahme nach einer elektromagnetischen Auslösung muß die durcht gebrannte Sicherung zunächst nach Anheben \ des Verschlußdeckels d entfernt und der Knie- \ hebel h durch die öffnung 0 nach unten wieder I durchgedrückt werden. Dann erfolgt die Einsetzung einer neuen Sicherung, und der Apparat ist wieder gebrauchsfertig.

j Durch die Anordnung der Sicherung ober- ', halb des Kniehebels, und da der letztere nur I durch die erst bei herausgenommener Siche-ί rung freigewordene Öffnung 0 wieder eingeschaltet werden kann, ist eine einfache Ver~ Ϊ riegelung zwischen der Sicherung und dem j Selbstschalter erreicht. Selbstverständlich ! könnte die Verriegelung auch in anderer Weise, z. B. durch eine Sperrnase, bewirkt werden, hinter der sich das Auslöseorgan. einklinken könnte.

Um den Apparat für rauhe Betriebe betriebssicher zu gestalten, ist der Isolierkörper i mit einem Eisenmantel m umkleidet.

Bei den vorstehend beschriebenen Anordnungen sind stets Temperatursicherungen angewendet, bei denen durch Auflöten einer Lötstelle Ausschaltvorgänge eingeleitet werden. Es können natürlich auch andere bekannte Arten von Temperatursicherungen, z. B· Kontaktthermometer, Zweimetallstreifen usw., benutzt werden, um in Verbindung mit Schmelzsicherungen nach der angegebenen Schaltung Ausschaltvorgänge zu bewirken.

Das für den Schutz elektrischer Maschinen usw. vielseitig anwendbare Prinzip der Verbindung einer normalen Schmelzsicherung und einer Temperatursicherung läßt sich noch erweitern, indem an Stelle nur einer Schmelzsicherung mehrere in der Schmelzstromstärke und nach Wunsch auch in der Zeitkonstanten voneinander abweichende Schmelzsicherungen parallel zu der Temperatursicherung bzw. zu dem kombinierten Temperatur- und Maximalstromauslöser gelegt werden. Dabei

. 3^3⁴

werden Widerstände von verschiedenem Ohmwert in die durch die Schmelzsicherungen gebildeten Parallelstromkreise gelegt, so daß ein zeitlich aufeinanderfolgendes Durchbrennen der Sicherungen erfolgen kann.

In der Fig. ii ist das Prinzip dieser Schaltung dargestellt. Wird die Abstufung der Widerstände und der Schmelzsicherungen derart gewählt, daß ersterer mit abnehmender ι

ίο Schmelzstromstärke größer werden, so wird bei eintretender Unterbrechung des den Hauptstrom führenden Kontaktes k zunächst die Sicherung S₁, die ohne Widerstand parallel zu k geschaltet ist, durchgehen. Dadurch werden die übrigen mit Widerständen in Reihe geschalteten Sicherungen in den Hauptstromkreis geschaltet, wodurch die Stromstärke bereits um einen bestimmten Betrag herabgedrückt wird. '■*· Es werden nun —

bei richtiger Bemessung der Widerstände und ! Sicherungen — die Sicherungen S₂ bis sx j nacheinander ^durchschmelzen, Dabei wird ■ ein Widerstand von zunehmendem Ohmwerte j zwischen die Unterbrechungsstellen des Kon- ■■

taktes k geschaltet bis zum Wert »Unendlich ' groß«, der bei Durchschmelzen der letzten j Sicherung- erreicht wird. Es findet also ein ; absatzweises Herabdrücken der Stromstärke i durch das nacheinander erfolgende Durchschmelzen der parallel'geschalteten Sicherungen statt. Dadurch werden gleichzeitig die Feuererscheinungen beim Abschalten wesentlich vermindert und Überspannungserscheinungen stark unterdrückt.

Claims (3)

Patent-Ansprüchr;

1. Schutzsicherung für durch Temperatursteigerungen gefährdete elektrische Maschinen, Apparate, Leitungen oder Ein- 4c zelteile von solchen, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Ausschaltkontakten einer Temperatursicherung bzw. zu den Kontakten des Schalters, der durch die Temperatursicherung betätigt wird, eine oder mehrere Schmelzsicherungen parallel geschaltet sind, die nach Ansprechen der Temperatursicherung die Abschaltung des Stromkreises bewirken.

2. Schutzsicherung nach Anspruch 1, 5" bei der die Temperatursicherung mit einem elektromagnetischen Selbstschalter vereinigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß Schmelzsicherung und selbsttätiger Schalter derart zueinander angeordnet sind, daß das Schließen des letzteren nur vor dem Einsetzen einer neuen Schmelzsicherung erfolgen kann.

3. Schutzsicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere parallel zu den Hauptkontakten geschaltete Schmelzsicherungen in bezug auf Stromstärke und nach Wunsch auch Zeitkonstante abgestuft sind und jeder Sicherung ein um so größerer Widerstand vorgeschaltet ist, je kleiner ihre Abschmelzstromstärke ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.