DE439517C - Sicherheitsvorrichtung fuer Elektromotoren, die Teerumlaufpumpen bei wasserlosen Gasbehaeltern antreiben - Google Patents

Description

Wasserlose Gasbehälter mit Flüssigkeitsdichtung zwischen Behälterwand und Abschlußscheibe, z. B. solche nach Patent 281482, erfordern einen regelmäßigen Ersatz der durch den Spalt hindurchtretenden Abdichtflüssigkeit. Hierfür werden einfache Pumpen vorgesehen, die den als Dichtungsflüssigkeit verwendeten Teer -aus den Sammelgefäßen am Boden des Behälters in die

to Höhe pumpen, um denselben wieder der Abdichtrinne zuzuführen. Der Antrieb derselben erfolgt fast immer durch einen Elektromotor, und zwar mit Rücksicht auf möglichste Einfachheit durch einen Drehstrommotor mit Kurzschlußläufer, der bei den in Frage kommenden kleinen Leistungen von durchschnittlich ι P. S. ohne weiteres durch Schwimmer u. dgl. unmittelbar eingeschaltet werden kann.

Solche Teerumlaufpumpen unterliegen eigentümlichen Verhältnissen, die sich in der Technik kaum anderswo wiederfinden und die insbesondere die elektrotechnische Seite der Anlage beeinflussen.

Bei Drehstrommotoren mit Kurzschlußläufern, welche ohne Benutzung von Widerständen eingeschaltet werden, ist bekanntlich der Anlaufstrom unter Vollast so groß, daß die nach den üblichen Gesichtspunkten bemessenen Sicherungen denselben nicht aushalten, sondern beim Einschalten des Motors sofort durchschmelzen würden; wird die Sicherung aber so stark gewählt, daß sie den Anlaufstrom aushalten kann, ist sie kein Schutz mehr für den Motor, da dieser bei der dann möglichen Überlastung verbrennen könnte. Auch die Einschaltung einer mechanischen Kupplung, z. B. der bekannten Schleuderkupplung, bei welcher der Motor zuerst allein anläuft und beim Erreichen einer gewissen Drehzahl, also nach dem Abklingen der hohen Einschaltstromstärke, selbsttätig mit der Pumpe gekuppelt wird, bringt keine Hilfe, da schon der Anlaufstrom des leeren Motors so groß ist, daß die gewohnliche Sicherung, die für den Motor einen Schutz bieten könnte, fast stets durchschmelzen würde. Es muß also eine Vorrichtung gefunden werden, die einerseits den normalen Betriebsstrom dauernd aushalten kann, andererseits aber den erhöhten Stromstoß auf die kurze Zeitdauer des Anlaufs des Kurzschlußmotors aushalten kann und schließlich auch dann den Strom abschaltet, bevor der Motor Schaden leiden kann, wenn sich der Betriebsstrom über ein bestimmtes Maß erhöht oder wenn andere Zufälligkeiten in der elektrischen Leitung eintreten, z. B. eine Phase ausfällt oder die Spannung etwas sinkt. Ferner müssen noch folgende Bedingungen erfüllt werden, die sich aus der Verwendungsart der Teerpumpen ergeben: Die Überlastungen, die namentlich im Winter bei größerer Kälte dadurch eintreten, daß der dickflüssig gewordene Teer beim Anlaufen der Pumpen große Widerstände hervorruft, müssen ertragen werden können, weiter darf ein vorübergehendes Ausbleiben der Spannung, das bekanntlich bei größeren Netzen häufiger eintritt, keinen Einfluß haben, da die Teerpumpen ohne Bedienung arbeiten müssen, weil sie weitab von Aufenthaltsräumen von Bedienungspersonal aufgestellt sind, tjberhaupt darf ein Abschalten der Teerumlaufpumpe nur bei wirklicher Gefahr für den Motor erfolgen.

Vorstehende Bedingungen kann eine elektrische Sicherungsvorrichtung allein nicht erfüllen, ebensowenig aber, wie schon erwähnt, eine mechanische Schutzvorrichtung.
Es muß erwähnt werden, daß für Fälle, die anscheinend ähnlich liegen wie die der Teerpumpen bei Gasbehältern, zahlreiche Vorrichtungen erdacht sind, die den oben angedeuteten Bedingungen entsprechen sollten. Hierzu

ίο gehören beispielsweise Sicherungselemente mit Heizvorrichtungen, die bei einer langer dauernden Erwärmung den Strom abschalten, dagegen bei einer kürzer dauernden sehr hohen Beanspruchung noch standhalten. Fertier wurden teilweise sehr verwickelte und kostspielige Apparate konstruiert, die mit Hilfe von Spannungsspulen, Hitzdrähten, Uhrwerken usw. ermöglichen sollten, daß einerseits ein sehr hoher Anlaufstrom, andererseits ein schwacher Betriebsstrom in gewünschter Weise beherrscht wird.

Bei Kurzschlußmotoren für normale Verhältnisse hat man unter dem Zwang der Lage häufig auf jede besondere elektrische Sicherung des Motors selbst verzichtet und diese durch besondere Einrichtungen an den Arbeitsmaschinen gegen Überlastung vor Zerstörung geschützt. Die üblichen elektrischen Vorrichtungen schützen nur die Zuleitungen bzw. machen die Entnahme von übergroßen Strommengen aus dem Netz unmöglich.

Alle diese Vorrichtungen haben sich abei für den Betrieb der Teerumlaufpumpen bzw. der Antriebsmotdren dafür nicht bewährt.

Meist entsprechen sie nicht der unerläßlichen Bedingung, daß ein Abschalten des Motors unterbleiben muß, wenn die Spannung aus irgendeinem Grund im Netz einmal, wenn auch auf kurze Momente, ausbleibt. Daß die gewöhnlichen handelsüblichen Schmelzsicherungen den gestellten Bedingungen nicht entsprechen, dürfte ohne weiteres verständlich sein.

Die Erfindung bermeidet die bisherigen Mißstände. Sie besteht in der Vereinigung der schon oben erwähnten bekannten mechanischen Sicherungsvorrichtung, der Schleuderkupplung, mit einer an sich ebenfalls schon bekannten Schmelzsicherung aus einem gewichts- oder federbelasteten Schmelzdraht aus Widerstandsmaterial. Die Wirkung dieser Kombination ist ganz neuartig und bringt eine überaus einfache Lösung für die oben geschilderten Aufgaben. Die Bauart der Schleuderkupplung bietet keinerlei Schwierigkeiten; es sind aus der Technik hierfür genügend Beispiele gegeben. Durch Wahl und Veränderung der Drahtlänge, der Drahtdicke und der Drahtspannung (Größe des an- gehängten Gewichts) läßt sich die Zeit, die bis zum Durchschmelzen der Sicherung bei j einer gewissen Stromstärke ertragen werden kann, und andererseits diejenige Stromstärke, die binnen einer bestimmten Zeit erlaubt sein soll, beliebig variieren. Es lassen sich besonders durch die Gewichtsbelastung für die Sicherung Verhältnisse herstellen, die den sonstigen handelsüblichen Sicherungen nicht eigentümlich sind.

Würde man nur die vorstehend beschriebene elektrische Schutzvorrichtung verwenden, also die Schleuderkupplung fortlassen, so würden bei jedem Anlauf des Motors auch die Drähte der gewichtsbelasteten Sicherung durchbrennen, da der belastete Motor dann zu lange Zeit braucht, um auf die volle Drehzahl zu kommen. Nur die Vereinigung der beiden Elemente bringt den gewünschten Erfolg.

An Hand eines Beispiels mögen die Verhältnisse erläutert werden:

Ein Draht von etwa 0,4 mm Durchmesser und 50 mm Länge mit etw;a 500 g Belastung hält den Anlaufstromstoß eines einpferdigen Motors mit 220 Volt von über 15 Ampere ohne Gefahr aus (Dauer ¹Z₈ Sekunde). Einer Stromstärke von 8 bis 10 Ampere würde er etwa ι Sekunde standhalten, einer solchen von 6 Ampere 5 Sekunden und 5 Ampere lange dauernd. Bei einer längeren Be- go anspruchung mit höherer Stromstärke als angegeben erwärmt er sich und verliert hierbei an Festigkeit. Bei welcher Temperatur er nun seine Festigkeit ganz verliert, also zerreißt, ist außer von dem Gewacht auch von der Zeitdauer abhängig, während der der Strom wirkt.

So z. B. wird der Draht (wie oben schon gesagt) sehr lange standhalten, wenn er mit 5 Ampere belastet ist. Das bedeutet etwa 70 Prozent Überlastung, die der Motor während der praktisch für die Teerumlaufpumpen vorkommenden Betriebszeit von 5 Minuten ertragen kann. Für den Motor von 220 Volt und 3,2 Ampere bei 1 P. S. Dauerleistung passen also die vorstehend angegebenen Zahlen.

Es ist ein wichtiger Umstand, daß die Arbeitsdauer der Teerpumpe jeweils nur wenige Minuten beträgt, nämlich bis der Inhalt des Teersammelbehälters leergepumpt und wieder auf den Gasbehälter nach oben gedrückt ist, und daß dann immer eine längere Pause eintritt. Während einer solchen Zeit aber hält der Motor höhere Überlastungen gut aus, nach obigem Beispiel etwa 5 Ampere, die fast 1,7 P. S. entsprechen. Dies ist aber auch für den Winterbetrieb unbedingt nötig.

Zum Vergleich mit den Verhältnissen, die bei den handelsüblichen gewöhnlichen Sicherungen eintreten, sind in der Zeichnung die

Stromstärken für verschiedene Betriebsverhältnisse angegeben, und zwar sowohl die Charakteristiken bei Verwendung der handelsüblichen Sicherungen als auch für die neue kombinierte Schutzvorrichtung. Es ist in der Abbildung als Abszisse die Zeit genommen, jedoch kein bestimmter Maßstab angegeben, da dieser ungleichmäßig ausfallen würde. Die Periode des Anlaufens ist sehr ίο wesentlich in die Länge gezogen, um eine deutlichere Darstellung zu erhalten. Als Ordinate ist die Belastung des schon vorerwähnten Motors von 220 Volt und 0,75 kW oder der Sicherungen verwendet. Die beigeschriebenen Zahlen bedeuten Ampere.

Die beiden Kurven α und b geben das Verhalten eines Kurzschlußläufers von 1 P. S. = 0,75 kW an, der mit Hilfe einer Schleuderkupplung an eine Teerumlaufpumpe angeschlossen ist, und zwar zeigt die Kurve a die Verhältnisse für den Sommer- und die Kurve b diejenige des Winterbetriebes. Man sieht, daß von der Anlauf Stromstärke von etwa 15 Ampere die Stromstärke in beiden Fällen sehr schnell abfällt, dann auf kurze Zeit nahezu gleichbleibt, wenn die Schleuderkupplung einzugreifen beginnt, und dann etwas langsamer abfällt, bis im Sommer nach verhältnismäßig kurzer Zeit, im Winter nach wesentlich längerer Zeit die Normalstromstärke erreicht wird. Diese liegt im Sommer bei 3,2 Ampere, entsprechend 1 P.S. Leistung, und im Winter bei etwa 5 Ampere, entsprechend etwa i,s P. S. Diese letztere Leistung ist, wie oben auseinandergesetzt, für die in Betracht kommende Zeitdauer zulässig. Die Linienzüge c und d zeigen das Verhalten der gewöhnlichen handelsüblichen Sicherungen. Hiervon zeigt die Kurve c die Verhältnisse einer solchen Sicherung, die" der sommerlichen Belastung entspricht und hierbei den Motor wirklich sichert, die aber, wie auch schon oben auseinandergesetzt wurde, den hohen Anlauf strom nicht aushalten kann und daher ungeeignet ist. Wie die Abbildung zeigt, liegt die zulässige Anlaufstromstärke bei dieser Sicherung bei etwa 8 Ampere. Der erste Teil der Kurve liegt demgemäß unterhalb der beiden Linienzüge α und b für den Motorbetrieb und deutet damit an, daß die Sicherung in diesem Teil des Betriebsvorganges zu schwach ist und deshalb nicht angewandt werden darf.

Die Kurve d zeigt die Verhältnisse für eine gewöhnliche Sicherung, die jedoch so stark ist, daß sie den hohen Anlaufstrom von etwa 15 Ampere aushält. Sie entspricht aber einem Dauerwert von etwa 10 Ampere, würde also den Motor bei gewöhnlichen langer dauernden Überlastungen überhaupt nicht schützen, und sie scheidet deshalb ebenfalls aus.

Das Verhalten der gewichtsbelasteten Sicherung, die gemäß der Erfindung in Verbindung mit der Schleuderkupplung bei den Teerumlaufpumpen verwendet wird, zeigt die Kurve e. Diese fällt im ersten Teil (während der Anlaufperiode) mit der Kurve der gewöhnlich stärkeren Sicherung (Kurvet) zusammen, doch zweigt sie im weiteren Verlauf davon ab und fällt stärker und schneller als die vorgenannte Kurve. Sie erreicht nach geraumer Zeit den Normalwert von etwa 5 Ampere. Sie wird mit diesem Wert den Motor mit etwa 70 Prozent Überlastung sichern, und zwar lange genug, damit dieser jeweils die etwa 5 Minuten dauernden Arbeitsperioden der Pumpe durchführen kann. Die Zeitdauer dieser Arbeitsperiode ist durch die senkrechte schwache Linie χ angedeutet.

Würde die Schleuderkupplung fortgelassen, so ergeben sich derartig ungünstige Anlaufverhältnisse, daß auch die gewichtsbelastete Sicherung diese nicht mehr beherrsehen kann. Die in einem solchen Fall auftretenden Umstände sind in der Abbildung als Kurven f und g gezeigt. Der Linienzug f gilt für einen unmittelbar mit der Teerumlaufpumpe gekuppelten Kurzschlußmotor bei Sommerbetrieb und der Linienzug g für den Winterbetrieb. Die Kurven lassen erkennen, daß der Anlaufstromstoß wegen der großen zu beschleunigenden Massen und-des starken Widerstandes,, den die Pumpe beim Anlaufen findet, so langsam verklingt, daß die gewichtsbelastete Sicherung diese Verhältnisse nicht mehr beherrscht. Die Schleuderkupplungist also unbedingt nötig, und erst die Vereinigung der beiden Vorrichtungen, nämlich der gewichtsbelasteten Sicherung und der Schleuderkupplung, machen die Erfindung aus.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Sicherheitsvorrichtung für Elektromotoren, die Teerumlaufpumpen bei wasserlosen Gasbehältern antreiben und unmittelbar ans Netz geschaltet werden, gekennzeichnet durch die Verbindung einer den leex anlaufenden Motor bei bestimmter Tourenzahl mit der Pumpe kuppelnden Schleuderkupplung mit einer Schmelzsicherung aus gewichts- oder federbelasteten Schmelzdrähten.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.