DE381287C - Schutzsicherung fuer durch Temperatursteigerungen gefaehrdete elektrische Maschinen usw - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 18. SEPTEMBER 1923

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 c GRUPPE 58

VItt/2ic³)

C. Loos & Co. in Essen-Altenessen. Schiitzsicherung für durch Temperatursteigerungen gefährdete elektrische Maschinen usw.

Zusatz zum Patent 323369.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. November 1920 ab. Längste Dauer: 13. August 1933.

Es wurde bereits in früheren Zusatzpatenten darauf hingewiesen, daß Schutzsicherungen, die eine Vereinigung einer Temperatursicherung mit normalen Schmelzsicherungen darstellen, bei kurzzeitigen Überlastungen gewisse, oft nicht erwünschte Verzögerungen aufweisen, bevor die Sicherung anspricht.

Als ein Mittel, um diesem Übelstande abzuhelfen, wurde z. B. eine Anordnung angegeben, bei der der Querschnitt des Lötstiftes

an der Einlötstelle eine solche Schwächung erführt, daß ein lokale Erwärmung bei größeren Stromstärken eintritt.

Die gleiche Wirkung kann auch dadurch erzielt werden, daß die Lötstelle nicht in die Mitte der heizenden Spule verlegt wird, sondern daß sie mehr oder weniger im Innern der Schmelzpatrone so eng mit den parallel bzw. in Ruhe zu ihr geschalteten Schmelz-Iu irähten vereinigt ist, daß sie bei stärkeren !-.L-lastungen eine lokale Erwärmung durch die in den Schmelzdrähten entwickelte Wärme infolge von Wärmeleitung erfährt.

Durch die Abb. ι ist dieses erläutert. Die Lötstelle / liegt, wie ersichtlich, im Innern der Patrone /> und ist mit dem Schmelzstreifen s in Reihe geschaltet. C]₁ und q._ sind zwei Schmelzstreifen, die parallel zur Lötstelle und Sicherung.? liegen. Nach Ansprechen der Lötstelle / sollen sie den Stromkreis infolge von Überlastung abschalten. Die hei stärkeren Stromstärken auftretende Wärme, die von dem Schmelzdraht s ausgeht, wirr! unmittelbar auf die Lötstelle übertragen. Durch richtige Wahl der Metallmengen usw. an der Lötstelle kann das gewünschte Ansprechen bei kurzzeitigen Überlastungen erzielt werden, ohne daß die Sicherung ihre Wirkungsweise bei langer andauernden, geringeren Überlastungen verliert. Eine andere Maßnahme, die das gleiche Ziel verfolgt wie die Anordnung nach Abb. 1, ist in A- b. 2 angedeutet. Hierbei ist die Heizspule Ii in das Tnnere der Schmelzpatrone ipriegt. Bei dieser Bauart ist nur eine geringe Anzahl von Windungen für die Heizspule erforderlich, da die Einwirkung auf die Lötstelle / unmittelbar erfolgt und ein vollkommenerer Wärmeschutz durch die Isolationsmasse der Patrone vorhanden ist.

Es wurde auch l.ereits darauf hingewiesen, daß es möglich ist, ganz ohne Heizspule auszukommen. Dieses kann durch die örtliche Erwärmung der Heizstelle infolge Ouerschnittsverminderung oder auch durch die vorstehend beschriebenen Anordnungen erzielt werden, wenn gewisse Änderungen vorgenommen werden.

Aus der Abb. 3 ist dies zu ersehen. Zu dem eigentlichen Schmelzdraht s, der z. B. in üblicher Weise aus einem bei hoher Temperatur schmelzenden Draht aus Silber oder Kupfer bestehen kann, ist ein Draht q aus einem leichter schmelzbaren Metall, z. B. aus Woodscher Legierung, parallel geschaltet. Der normale Betriebssl rom verteilt sich dabei auf Leide Drähte in der Weise, daß die Schmelztemperatur des leichter schmelzbaren Drahtes nicht auftritt. Bei höheren Belastun-6a gen wird jedoch der Schmelzdraht aus leicht schmelzbarem Metall infolge allmählicher Steigerung der Temperatur in der Patrone schließlich nach der gewünschten Zeit abschmelzen, wodurch dann eine Überlastung des eigentlichen Schmelzdrahtes aus Kupfer oder Silber erfolgt. Diese hat die endgültige Abschaltung zur Folge. Bei dieser Anordnung wird die in der Schmelzpatrone selbst entwickelte Wärme benutzt, um das Schmelzen des die Temperatursicherung darstellenden Schmelzdrahtes aus leicht schmelzbarem Metall herbeizuführen. Dabei kann auch hier wieder die Vorsichtsmaßnahme angewendet werden, daß der Draht q aus leicht schmelz-1 arem Metall mit einem Draht für Momentabschaltung/» in Reihe geschaltet ist, wobei der eigentliche Schmelzdraht aus Kupfer oder Silber zu dieser Anordnung parallel geschaltet ist. Hierdurch wird das Verdampfen zu μ ro :.lti· Metallmengen vermieden für den Fall, 8c datö der parallel geschaltete Schmelzstreifen s schon durchschmelzen sollte, bevor das Abschmelzen des leicht schmelzbaren Metalles infolge der Wärmesteigerung in der Patrone vollendet sein sollte.

Im übrigen können auch absatzweises Abschalten und größere Zeitkonstanten dadurch erzielt werden, daß die Patrone mehrere zu dem eigentlichen Schmelzdraht als Temperaturschmelzdrähte parallel geschaltete Drähte, und zwar aus Metallen mit verschiedenen Schmelztemperaturen, z. B. Zinn, Blei, Zink, Legierungen mit 120⁰ C oder 8o° C Schmelzpunkt usw., enthält. Da von einer besonderen Heizspule bei der vorstehend beschriebenen Anordnung abgesehen werden kann, können lie hei größeren Belastungen auftretenden höheren Temperaturen unbeschadet ausgenutzt werden, um brauchbare Temperaturschutzpatronen zu erhalten. Wenn sämtliche parallel geschaltete Drähte in Reihe mit Schmelzdrähten aus Silber bzw. Kupfer für kurzzeitige Abschaltung angeordnet sind, besteht auch hier wieder die Sicherheit der gefahrlosen Abschaltung bei Kurzschlüssen.

Eine weitere Sicherheitsmaßnahme besteht darin, daß eine Reihenparallelschaltung angewendet wird, wie es Abb. 4 zeigt. Hierbei sind zwei oder mehrere Gruppen von Sicherungen mit kurzschließender Lötstelle in Reihe geschaltet, und zwar in der Weise, daß zu der für starken Strom bemessenen Schmelzsicherung eine Lötstelle mit niedrigem Schmelzpunkt, z. B. 6o° C, parallel geschaltet ist, während die für mittleren und schwachen Strom bemessenen Sicherungen durch bei höheren Temperaturen, z. B. 70⁰ bzw. 8o° C, auflötende Lötstellen kurzgeschlossen sind. Die Einwirkung auf die Lötstellen kann wieder (lurch eine oder mehrere Heizspulen oder i?.o durch örtliche Erwärmung erfolgen, wobei auf Wunsch die ganze Anordnung in einer Patrone

untergebracht wird. Bei dieser Bauart kann bei allen Stromstärken ein gefahrloses Abschalten erfolgen, wenn die Sicherungen gegeneinander richtig abgestimmt sind. Eine Abweichung von vorstehender Schaltung ergibt sich aus der Abb. 5, die eine gruppenweise Parallelschaltung darstellt. Bei dieser Anordnung erfolgt ebenfalls ein absatzweises Abschalten. Die Schaltung gestattet einen sehr großen Unterschied in den Strom-1" elastungen, wie er z. B bei Drehstrombrems-" magneten vorkommt. Hierbei ist z. B. der Einschaltstromstoß 30 Amp., während der Dauerstrom ζ. Β. ι Amp. beträgt. Um etwaige Funkenbildung· an der Lötstelle zu unterdrücken, kann nach Abb. 6 ein Schmelzstreifen S₁ parallel zur Lötstelle gelegt werden, der für entsprechend schwachen Strom bei großer Dämpfung bemessen ist. : Der eigentliche Schmelzstreifen S₂ liegt dann wieder parallel zu der Lötstelle / und dem mit ihr in Reihe geschalteten Kurzschlußschmelzstreifen .?₃. Auch bei dieser Anordnung tritt absatzweises Abschalten ein.

Alle elektrischen Apparate usw., die wie die ; soeben angeführten Drehstrombremslüftmagnete einen großen Unterschied zwischen Einschaltstrom und Betriebsstrorii aufweisen, empfiehlt es sich so einzurichten, daß im all- , gemeinen nicht allein das Öffnen einer durch j eine Temperaturschutzsicherung z. B. eine Lötstelle kurzgeschlossenen Schmelzsicherung im Gefahrfalle stattfindet, sondern gleichzeitig l)zw. in kurzem Zeitabstande danach ein Kurzschließen der Zuführungen. Durch diese Maßnahme kann eine wesentlich stärkere Schmelzsicherung als bei der Schaltung Abb. r und ιa des Patents 323369 in Anwendung kommen. Hierdurch wird die Gefahr des zu frühzeitigen Durchschmelzens der Sicherung vermieden. Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß bei induktiven Stromkreisen zu- : gleich die Wirkung des Ausgleichs des Induk- : tionsstromes über einen Widerstand, der z. B. ■ auch nur in dem Übergangswiderstand an den Kurzschlußkontakten bestehen kann, eintritt. ; Ferner wurde eine Anordnung erwähnt, die ', unter Fortfall der mit der Patrone verbun- J denen Schmelzsicherung auf die Hauptsiche- j

rungen einwirkt. Es würde nun eine Erschwerung im praktischen Betriebe bedeuten, wenn man jeweilig besondere Patronen für : die Anwendung der beiden Schaltungen ver- ; fügbar halten müßte.

Aus den Abb. 7 und 8 ist eine Patronen- : bauart zu ersehen, die in einpoligen und in ^: zweipoligen Elementen verwendet werden kann. Die Patrone enthält bei / die Lötstelle, mit der der starke Schmelzdraht s in Reihe liegt. Die schwächer gewählten Schmelzdrähte Cj₁, q₂ sind durch diese Anordnung überbrückt. Wie die Pfeile zeigen, ist der eine (Minus-)Pol durch die Heizspule h und die Sicherung hindurchgeführt, der zweite (Plus-)Pol an den mittleren Kontakt k₂ angeschlossen. Beim Loslöten der Lötstelle erfolgt zwischen Ze₁, k₂ ein Kurzschluß. Sollten die Sicherungsstreifen'^₁, g.₂ nicht bereits während der Bewegung des Kontaktes k_t abwärts zum Durchschmelzen gekommen sein, so würde dies nunmehr unter Wirkung des Kurzschlusses bei k_lt L₂ eintreten.

Das Bemerkenswerte bei dieser Bauart der Patrone ist, daß sie auch, wie Abb. 8 zeigt, in einem einpoligen Element benutzt werden kann. Der eine (Minus-)Pol ist, wie ersichtlich, an die mittlere Zuführung gelegt. Der Stromverlauf ist aus der Pfeilrichtung ersichtlich. Die Abb. 9 läßt die Schaltung in Verbindung mit dem zu schützenden Apparat erkennen, h ist die Heizspule, k_x, k„ sind die Kurzschlußkontake, s ist der starke, q₁. (q₂) sind die schwächer gewählten Schmelzstreifen. Außer oder statt der Schmelzstreifen q_% (q„) und ^ können auch, wie es Abb. 9 zeigt, die Hauptsicherungen P₁, p₂ bzw. ein vorhandener Automat die Abschaltung herbeizuführen.

Es empfiehlt sich, bei der Anwendung der Schaltung nach Abb. 9 stets zweipolige Elemente, wie in Abb. 10 angedeutet, zu verwenden, damit die für den Temperaturschutz notwendige Verbindung zwischen beiden Polen im Isoliermaterial geschützt eingebettet Hegt. Das zweipolige Element dient zugleich auch zum Schutz von Dreileiter- oder Drehstromanlagen. Zur Begrenzung der Kurzschlußstromstärke können kleine Dämpfungs widerstände w im Sockel des Elementes untergebracht werden.

Die Anwendung der Schutzsicherungen nach Abb. 7 läßt die Möglichkeit zu, daß z. B. aus Unkenntnis der Schaltung durch einen in das Element bis zu dem Kontakt £₂ eingeführten metallischen Gegenstand, z. B. einen Schraubenzieher, ein ungewollter Kurzschluß herbeigeführt werden kann.

Dies kann durch eine besondere Bauart von Patrone und Element vermieden werden, wobei der zweite Pol (k₂) verdeckt angeordnet ist. Aus der Abb. ir ist dies zu ersehen. Der Kontakt k₂ liegt verdeckt unter dem Isoliermaterial i. Der Kontakt U₁ besitzt einen seitlichen Ansatz, der nur bei der gezeichneten Stellung durch das Isoliermaterial i in den Sockelraum des Elementes eingeführt werden kann. Durch Drehung der Patrone um i8o° wird der Kontakt mit dem zweiten Pol erst hergestellt. Die Lötstelle befindet sich bei I. Die Heizspule und die Schmelzsicherung sind fortgelassen.

Bei den vorbeschriebenen Anordnungen wird stets die Lötstelle als stromführend an-

genommen. Es kann selbstverständlich auch eine Vereinigung dieser Anordnungen mit der .Schaltung nach Abb. ia des Patents 323369 erfolgen, besonders wenn der Unterbrechungskontakt nicht durch Lötmaterial, sondern durch plastische Materialien, z. B. Wachs usw., im Ruhezustand festgehalten wird.

In der Abb. 4 des Patents 323369 ist der Einbau einer Schutzsicherung in das Magnetgehäuse eines Motors dargestellt. Bei einem Nebenschlußmotor würde diese Anordnung nicht zweckmäßig sein, da die Erwärmung*- Verhältnisse des Ankers ganz andere sein können als die der Magnetspulen. Wird jedoch eine Schutzsicherung gemäß Abb. 12 und 13 angewendet, so kann auch die kurzzeitigen Belastungen entsprechende Erwärmung der Ankerspulen berücksichtigt werden. Die Schutzsicherung ist in Form einer Sonde ausgeführt, wobei die Lötstelle möglichst dicht unter den in den Nuten liegenden Ankerspulen angebracht wird. Die Einrichtung kann so getroffen werden, daß ein dünner, isolierter Stahldraht n am Ende der Sonde eingelötet und mit seinem freien Ende an einer metallischen Feder/ befestigt ist. Diese liegt in einem ringförmigen Isolierkörper/ (Abb. 13) und ist für gewöhnlich durch den Stahldraht η so angehoben, daß ein Kontakt mit dem Metallstreifen m nicht eintritt, in und / sind mit zwei zueinander gehörigen Bürsten in Verbindung gebracht. Findet ein Loslöten des Stahldrahtes η bei Z statt, so erfolgt zwischen / und in ein Stromschluß und durch die auftretende Stromsteigerung werden die vorgeschalteten Sicherungen zum Ansprechen gebracht. Die Anordnung hat den Vorzug, daß durch den dünnen, isolierten Stahldraht η und den über den Kollektorfahnen angeordneten Isolierkörper i keinerlei Beeinträchtigung der Wicklung erfolgt. In AVA. 12 ist der Kollektor gegenüber dem Anker um go° verdreht gezeichnet. Wenn der direkte Einbau in den Anker nicht angängig ist, kann die Erwärmung der Lötstelle auch durch eine Spannungsspule erfolgen, deren Enden zu den Bürsten geführt werden.

Für den Schutz von Apparaten, welche induktive Strombelastungen darstellen, wie Lastmagneten usw., bei denen die Gefahr des Durchschlagens der Wicklung im Ausschaltvorgang immer besteht, wurden bereit? früher Anwendungen der Temperaturschutzsicherungen angegeben, die das Auftreten zu hoher Induktionsspannungen beim Ansprechen der Schutzsicherung verhindern sollen. Es empfiehlt sich nun, die Temperatursicherung, welche nur bei unzulässiger Erwärmung unter Einschaltung des Parallelwiderstandes den Stromkreis zum Abschalten bringt, noch mit einer magnetelektrischeii Schalteinrichtung zu vereinigen, welche von der Kraftlinienänderung des zu schützenden Apparates beeinflußt wird, so daß auch bei solchen Ausschaltvorgängen, die nicht von der Temperatursicherung eingeleitet werden, ein selbsttätiges Parallelschalten des Schutzwiderstandes erfolgt. In der Abb. 14 ist eine solche Anordnung ; dargestellt. Das Magnetgehäuse im des Lastmagneten enthält im Innern die Magnetspule 5 und außerdem eine kleine Hilfsspule h. Die Enden der Hilfsspule sind zu einem kleinen Schaltapparat /' geführt und an die Spule p angeschlossen. Diese umgibt einen lamellierten Eisenkern, der eine Kontaktbrücke b trägt. Die Kontakte Ze₁, k„ können beim Anheben des Eisenkernes verbunden und der Widerstand w parallel zur Magnetspule geschaltet werden. Dieser Fall wird bei zu schnellen Schaltvorgängen dadurch auftreten, daß der entstehende Induktionsstrom die Spule ρ erregt. Es findet dann der Ausgleich des Induktionsstromes üb er den Widerstand w statt. Der Widerstand ist stets nur so lange eingeschaltet, wie der Induktionsstrom fließt, also nur bei schnelleren Änderungen des Magnetfeldes.

Mit dem Eisenkern der Spule/) kann nun z.B., wie im Patent 314474 beschrieben, eine Lötstelle / in Verbindung gebracht werden, so daß hei unzulässigen dauernden Stromsteigerungen die Lötstelle I aufgelötet und unter dem Druck der Feder / eine Verbindung bei g· hergestellt wird. Dadurch kann dann ein so geringer Teil des Widerstandes zt¹ eingeschaltet werden, daß ein Ansprechen der Hauptsicherungen (Abschmelzsicherungen, Selbstschalter") erfolgt.

Die beschriebene Anordnung bietet den λ Virteil, daß bei allen Ausschaltvorgängen unabhängig davon, daß ihre Ursache innerhalb 1°° oder außerhalb des Magneten liegen, z. B. Kabeldefekte oder Temperaturerhöhung, stets die selbsttätige Parallelschaltung des Schutzwiderstandes stattfindet, und daß für diese Zwecke sowie für die Einleitung des Schalt-Vorganges bei Temperaturüberschreitung ein gemeinsamer Widerstand verwendet werden kann. Gegenüber den bekannten Schutzwiderständen, welche dauernd zum Verbraucher parallel liegen, besteht zudem noch der no weitere Vorteil, daß der Schutzwiderstand nur im Augenblick des Ausschaltvorganges eingeschaltet ist, also keinen dauernden Energieverlust darstellt.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß ei großen Belastungsunterschieden u. L^T. ein zu schnelles Abschalten des zur !lötstelle parallel geschalteten Schmelzdrahtes eintritt, da dem letzteren nur eine verhältnismäßig geringe Dämpfung gegeben werden kann. Es ist nun möglich, eine langsam vor sich gehende Abschwächung des Gesamtquerschnittes der

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Sicherung dadurch vorzunehmen, daß eine verzögerte Bewegung des auslötenden Lötstiftes vorgesehen wird.

Aus der Abb. 15 ist dies zu ersehen.
Der Lötstift/ ist beiI₁ nndl₂ eingelötet, wobei einLot von gleichem Schmelzpunkt verwendet werden kann. An die Lötstellen I₁ und I₂ sind dieSchmelzdrähte J₁ und S₂ angeschlossen. Der Schmelzdraht J₃ liegt parallel zu dieser Anordnung. Der an dem Lötstift/ befestigte Kolben Ze ist gut schließend in den Zylinder c eingepaßt. Tritt unter der Einwirkung der Wärme das Auflöten der beiden Lötstellen I₁ und I₂ ein, so bewegt die Feder q den Kolben vorwärts, wobei wegen der in dem Zylinder c zu verdrängenden Luft ein Abschalten der Schmelzstreifen S₁ und S₂ nacheinander bewirkt wird. Die Verhältnisse können dabei so gewählt werden, daß für alle vorkommenden Belastungen ein funkenfreies Abschalten an der Lötstelle erfolgt. Zu diesem Zwecke können auch mehr als zwei Lötstellen nacheinander zur Auslötung gebracht werden. Ferner kann eine größere Verzögerung in der Kolbenbewegung dadurch erzielt werden, daß plastische Materialien, z. B. Wachs, Kolophonium usw., in den Zylinderraum gebracht werden.

Claims (9)

1. P at ent-Anspruch ε :

   i. Schutzsicherung für durch Temperatursteigerungen gefährdete elektrische Maschinen, Apparate, Leitungen oder Einzelteile von solchen nach Patent 323369, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötstelle der Temperatursicherung mit den -parallel bzw. in Reihe zu ihr geschalteten Schmelzdrähten in einer Patrone so eng vereinigt ist, daß die Schmelzdrähte gleichzeitig als Heizdrähte für die Lötstelle wirken.
2. 2. Abänderung der Schutzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizspule im Innern der Patrone die Lötstelle unmittelbar umgibt.
3. 3. Schutzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötstelle durch einen oder mehrere leichter schmelzbare Metallstreifen ersetzt ist, die mit einem weniger trägen Schmelzdraht in Reihe und mit diesem gemeinsam dem Hauptschmelzdraht parallel geschaltet sind.
4. 4. Schutzsicherung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihenparallelschaltung (Abb. 4) oder eine gruppenweise Parallelschaltung (Abb. S) von Schmelzstreifen mit kurzschließenden Lötstellen stattfindet, wobei die Schmelzpunkte der Lötstellen voneinander abweichen können.
5. 5. Schutzsicherung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungselemente neben den üblichen Anschlüssen für die Stromzuleitung bzw. -ableitung des einen Poles (—) davon getrennt in der Bodenmitte noch ein auswechselbares Kontaktstück (Ze₂) enthalten, welches einem von der Lötstelle

   (Z) gehaltenen Schaltstift (Ze₁) gegenüber angeordnet und mit dem anderen Leitungspol (+) verbunden ist (Abb. 7 bis 9).
6. 6. Schutzsicherung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem zweipoligen Leitungselement für Zw^rei- und Dreiphasenstrom die beiden mit den Schaltstiften zusammenwirkenden mittleren Kontaktstücke je über einen Dämpfungswiderstand mit dem dritten Leiter verbunden sind (Abb. 10).
7. 7. Schutzsicherung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Schaltstift (Ze₁) der Patrone zusammenwirkende Kontaktstück (k_z) in einer seitlichen Aussparung des Elementes geschützt liegt (Abb. 11).
8. 8. Schutzsicherung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei unmittelbar beheizten Apparaten,

   z. B. den Spulen eines Motorankers, das Auslötorgan in Form einer Sonde ausgeführt ist, die in Übereinstimmung mit der Temperatur des Apparates erwärmt wird.
9. 9. Schutzsicherung nach Anspruch 1 oder folgenden, insbesondere für Lasthebemagnete mit Paralleiwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß die bei unzulässiger Erwärmung den Parallel widerstand (w) einschaltende Temperatursicherung· {l,f_}g) mit einer magnetelektrischen Schalteinrichtung (p, Ze₁, Zs₂) vereinigt ist, die durch eine von der Kraftlinienänderung des zu schützenden Apparates beeinflußte Induktionsspule Qi) gespeist wird.

   ro. Schutzsicherung nach Anspruch 4 oder folgenden mit mehreren Lötstellen und zu diesem in Reihe geschalteten Abschmelzstreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Lötstiftes durch Hemmung verzögert wird und so die einzelnen Sicherungen in regelbaren Zeitabständen nacheinander zur Abschaltung gelangen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.