DE602885C

DE602885C - Schutzschalter

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Publication number: DE602885C
Application number: DEK122123D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1931-09-16
Filing date: 1931-09-16
Publication date: 1934-09-19

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
«.SEPTEMBER 1934

^? REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi 602885 KLASSE 21c GRUPPE 6870

Kl22I23VIIIbJ2IC

Heinrich Kratz in Moers, RhId. Schutzschalter

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. September 1931 ab

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schutzschalter zur Verhütung einer unzulässigen Erwärmung durch den Strom für Elektromotore, Transformatoren und elektrische Apparate und zur Verhütung schädlicher Berührungsspannungen, bei dem zur Betätigung der Auslösevorrichtung die Spannung zwischen dem Nulleiter der Speiseleitung und dem Nullpunkt der zu schützenden Einrichtung (Sternpunkt der Motorwicklung oder Nullpunkt eines Apparates) einerseits und dem Nulleiter der Speiseleitung und dem Gehäuse der zu schützenden Einrichtung anderseits ausgenutzt wird.

Schutzschalter zur Verhütung einer Überlastung und zur Ausschaltung des Stromes bei Körper- und Erdschlüssen sind in verschiedenster Ausführung bekannt. Die Auslösung dieser Schalter erfolgt im allgemeinen auf elektromagnetischem oder thermischem Wege. Beispielsweise kann der Ärbeitsstrom ganz oder teilweise durch eine am Schalter angeordnete Spule eines Elektromagneten geleitet werden, der bei zu großem Stromdurchfluß einen mit den Schaltkontakten verbundenen Anker anzieht und dadurch die Stromzuführung unterbricht. Bei Schaltern dieser Art liegt aber der Nachteil vor, daß sie häufig bereits beim Anlassen des Motors infolge des hohen Anlaufstromes ausgeschaltet werden, was vor allem bei den als Kurzschlußmotoren ausgebildeten Kleinmotoren vorkommt, die mit dem fünf- bis achtfachen ihrer Normalstromstärke anlaufen. Um dieses vorzeitige und unerwünschte Auslösen zu'verhindern, müssen daher besondere Verzögerungseinrichtungen eingebaut werden, die anderseits aber auch dann wieder verzögernd wirken, wenn gerade ein schnelles Unterbrechen stattfinden soll. Um auch beim Ausbleiben einer oder zweier Phasen eines Drehstromnetzes eine Auslösung zu bewirken, wird die Anordnung besonderer Auslösevorrichtungen erforderlich. Ferner benötigen diese Schalter für die Auslösung bei Erdoder Körperschluß besondere Berührungsschutzeinrichtungen, die wegen ihrer komplizierten Bauart sehr empfindlich sind, da sie schon auf geringe Stromstärken ansprechen müssen. Weiterhin ist ein Schutzschalter zum Abschalten des Arbeitsstromes unter dem Namen »Heinisch - Riedl - Schalter« bekanntgeworden. Bei dieser Anordnung ist der Körper der zu schützenden Einrichtung mit einer »Hilfserdung« versehen, in die eine sogenannte »Fehlerstromspule« eingeschaltet ist. Bei Körperschluß der betreffenden Einrichtung fließt über diese Fehlerstromspule, die als Elektromagnet ausgebildet ist, und durch eine besonders angeordnete Hilfserde ein Strom zur Erde, wodurch in bekannter Weise der Arbeitsstromkreis unterbrochen wird. Die Auslösung zum Schutz gegen Überlastung erfolgt bei diesen Schaltern durch eine besondere thermische und magnetische Auslösevorrichtung, wodurch natürlich der Gesamtschalter in seiner Bauart sehr verwickelt wird. Weiter haben diese be- 6= kannten Schalter die Fehler, daß sie zwar beim Ausbleiben einer Phase vor dem Schalter auslösen, jedoch nicht, wenn hinter dem

Schalter, im Motor selbst oder in dessen Zuleitung vom Schalter eine Phase unterbrochen ist oder ein Windungsschluß entsteht.

Endlich ist noch eine Sicherheitsschaltung S für Drehstromnetze mit Nulleiter bekanntgeworden, bei welcher der Nullpunkt des Transformators in an sich bekannter Weise mit dem Sternpunkt des Motors verbunden ist. In diese Leitung, die für den Fall eines Körperschlusses ίο auch mit dem Motorgehäuse verbunden ist, ist ein Elektromagnet eingeschaltet, der bei seiner Erregung einen die Phasenleitung öffnenden Schalter freigibt. Bei gleichmäßiger Belastung aller Phasen fließt kein 'Strom durch die Auslösespule des Schalters. Da aber eine vollkommen gleichmäßige Belastung sämtlicher Phasen praktisch nicht erreichbar ist, fließt also durch die Auslösespulen dieses Schalters dauernd ein geringer Strom, der sich mit der Belastung des Motors oder des Apparates ändert. Bei Unterbrechung einer oder mehrerer Phasen, oder bei Körper- oder Kurzschluß innerhalb des Motors wird die Belastung der einzelnen Phasen sehr stark voneinander verschieden. Infolgedessen fließt auch in diesem Falle durch die Auslösespule des Schalters ein bedeutend stärkerer Strom als während des ungestörten Betriebes. Die an dem Elektromagnet dabei auftretende Spannungssteigerung wird dazu ausgenutzt, den Schutzschalter zu betätigen. Es wirkt also bei diesem Schalter im Gegensatz zu den anderen Schaltern nur die Spannung zwischen dem Nulleiter des Netzes und dem Nullpunkt des Stromverbrauchers. Der Arbeitsstrom wirkt in keiner Weise auf den Auslösevorgang ein. Dieser Schalter hat sich jedoch trotz dieser Vorzüge gegenüber anderen Schaltern nicht in die Praxis einführen können, da er in verschiedenen Fällen nicht in Wirkung treten kann. Tritt beispielsweise bei unterbrochenem Nulleiter des Netzes ein Körperschluß an der zu schützenden Einrichtung auf, oder reißt eine Phasenleitung, so schaltet der Schalter nicht ab, da kein Strom durch die Auslösespule fließen kann.

Nach der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile dieses Schalters dadurch vermieden, daß statt einer Magnetspule zwei Magnetspulen auf dem gleichen Eisenkern angeordnet sind, von denen die eine mit ihrem einen Ende am Nullpunkt des Stromverbrauchers und die zweite mit ihrem einen Ende am Gehäuse oder Körper des Stromverbrauchers liegt, während die anderen Enden der beiden Spulen am Nulleiter des Netzes liegen. Der Schalter nach der Erfindung wird auch bei unterbrochenem Nulleiter bei jeder Art von Störung (Unterbrechung einer Phase im Netz oder im Motor, Kurzschluß zweier Phasen, Körperschluß, ungleichmäßiger Belastung der Phasen usw.) ausgelöst, da auch in diesem Falle ein Strom über die ganze Spule oder einen Teil der Spule fließt. Z.B. wird bei Körperschluß der Strom vom Körper des Stromverbrauchers über die beiden Spulen zum Sternpunkt des Motors geleitet.

Es ist daher auch nicht nötig, die Stromverbraucher besonders zu erden, wie dies bisher üblich war, jedoch beeinflußt eine Erdung die Wirksamkeit des Schalters in keiner Weise.

Erfindungsgemäß sind an dem Schalter verschiedene Einrichtungen zur Grob- und Feineinstellung der Auslöseempfindlichkeit vorgesehen. Die Empfindlichkeit kann durch einen dem Schalter vorgeschalteten veränderlichen Widerstand grob und durch eine mit dem Anker des Magneten verbundene Stellschraube fein geregelt werden, ferner kann die Empfindlichkeit durch Anwendung eines im Innern der Spule frei beweglichen und nach Belieben unterteilten Magnetkerns erhöht werden. Ferner wird die Empfindlichkeit des Schalters in der Weise erhöht, daß das eigentliche Auslösen nicht unmittelbar durch den Magnetanker, sondern durch Aufschlagen eines vom Magnetanker in Bewegung gesetzten und von einer Ringfeder beschleunigten Konusses auf eine Schloßklinke erfolgt, die infolge dieses Aufschlagens aus ihrer Rast gezogen wird und dadurch eine Bewegung des Schalters in seine Ausschaltstellung zuläßt.

Bringt man die beiden Spulen des Magneten in einem zylindrischen Eisengehäuse mit zwei einander gegenüberhegenden Schlitzen unter, die sich unter den Kontakten des Schalters befinden, so wirkt dieses Gehäuse bei einem Stromdurchfluß durch die Spulen als Blasmagnet.

Statt zweier Auslösespulen können in entsprechender Anordnung auch zwei thermische Auslösevorrichtungen vorgesehen sein, jedoch soll in der nachfolgenden Beschreibung der Einfachheit halber nur von einem Schutzschalter mit Elektromagneten die Rede sein.

In der beiliegenden Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt

Fig. ι das Schaltungsschema der Gesamtanlage,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Schutz- no schalter einer ersten Ausführungsform,

Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie IH-III der Fig. 2, und Fig. 4 eine weitere Ausbildungsform des Schalters.

In Fig. ι sind mit 1 der Nulleiter, mit 2, 3 und 4 die drei Phasenleiter eines Drehstromnetzes bezeichnet. Diese drei Phasenleiter liegen über einen Unterbrechungsschalter 5 an den Motorwicklungen 6. Der Nullpunkt (Sternpunkt) 6^a des Motors ist durch eine Leitung 7 mit dem Elektromagneten 8 des Schutzschalters 5, und der Elektromagnet 8 durch eine

Leitung 9 mit dem Nulleiter 1 des Netzes verbunden. Bei Stromdurchfluß wirkt der Elektromagnet 8 auf einen Anker 10, der mit dem Unterbrechungsschalter 5 verbunden ist. Die von einem zylindrischen Eisengehäuse 17 umgebene Auslösespule des Elektromagneten 8 besteht erfindungsgemäß aus zwei Teilen 8^a und 8*, von denen die Spule 8^a über die Leitung 11 am Körper des Stromverbrauchers und über die Leitung 9 am Nulleiter 1 des Netzes liegt, während die andere Spule 8* über die Leitung 7 am Nullpunkt 6^a des Stromverbrauchers und ebenfalls über die Leitung 9 am Nulleiter 1 des Netzes liegt. In die Leitung 7 ist zweckmäßig ein veränderlicher Widerstand 12 eingebaut, durch den die Empfindlichkeit der Auslöseeinrichtung grob eingestellt werden kann.

Die Leitung 9 ist auch über eine Unterbrechungsstelle am Schalter 5 geführt und wird daher ebenfalls . durch den Anker 10 abgeschaltet.

Die Bezugszeichen der Fig. 2 und 3 entsprechen denen der Fig. 1. Die Leitungen 1, 2, 3 und 4 liegen an Kontakten des Schalters 5, die je aus den federnden Teilen 13 mit den halbkreisförmigen Kontakten 13*, den Kontakten 14 und den Verbindungsstücken 15 zwischen den Kontaktstreifen 14 bestehen (s. insbesondere Fig. 3). Die Kontaktstreifen 14 sind auf einem Zylinder 16 aus Isolierstoff angebracht. Die Unterbrechung der Stromleitungen erfolgt durch Drehung des Zylinders 16 ιιτα seine Längsachse.

Fließt bei einer Störung durch die Spule 8^a oder 9* ein Strom, so wird der Anker 10 in Richtung des Pfeiles χ (s. Fig. 1 und 2) angezogen und bewirkt dadurch die Auslösung des Schalters 5, der sich dabei im Sinne des Zeigers y (s. Fig. 3) um etwa 90°= dreht und eine Unterbrechung der Stromleitung 13, 13", 14, 15, 14, I3^a, 13 herbeiführt. Nach dieser Drehung, d. h. in Ausschaltstellung, liegen die Kontaktteile 13 auf dem Isolierstück 16 auf.

Eine weitere Ausführungsform des Schalters zeigt Fig. 4. An dem Anker 10 ist eine zum Zwecke einer Feinregelung der Auslöseempfindlichkeit einstellbare Schraube 18 mit der Einstellmutter i8'^T angeordnet, die durch einen Konus 19 hindurchgeführt ist. Der Konus 19 ist von einer Anzahl in einer Führung 20 liegender Kugeln 21 umgeben, die durch eine ebenfalls in der Führung 20 liegende ringförmig angeordnete Schraubenfeder 22 gegen den Konusig gedrückt werden. Die Wirkungsweise dieses Schalters ist folgende: Die Kugeln 21 liegen in der Betriebsstellung des Schalters auf dem zylindrischen Teil des Konusses 19 auf. Sobald aber der Anker 10 durch die Magnetspule 8 eine kurze Strecke in Richtung des Pfeiles χ bewegt wird, zieht die Schraube 18 den Konus 19 ebenfalls in Richtung des Pfeiles x, und die Kugeln 2i gelangen auf den schrägen Teil des Konusses 19. In diesem Augenblick kann sich die Ringfeder 22 zusammenziehen und drückt dabei mittels der Kugeln 21 den Konus 19 sehr schnell in Richtung des Pfeiles x. Das eigentliche Auslösen des Schalters erfolgt aber bei dieser Konstruktion nicht unmittelbar durch den Magnetanker 10, sondern durch Aufschlagen des vom Magnetanker 10 in Bewegung gesetzten und von der Ringfeder 22 beschleunigten Konusses 19 bzw. seiner Verlängerung ig¹¹ auf eine Schloßklinke 23, die infolge dieses Aufschiagens aus ihrer Rast 24 gezogen wird. Durch eine Zugfeder 25 (s. Fig. 2) oder eine Spiralfeder 26 (s.Fig. 4) wird dann der Zylinder 16 mit den Kontaktteilen 14 und 15 in die Ausschaltstellung gedreht.

Eine Erhöhung der Auslöseempfindlichkeit kann auch durch Anwendung eines freibewegliehen Magnetkerns erreicht werden, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, der außerdem noch nach Belieben unterteilt sein kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Schutzschalter für Elektromotoren, Transformatoren und elektrische Apparate, bei dem zur Betätigung der Auslösevorrichtung die Spannung zwischen dem Nullleiter der Speiseleitung und dem Nullpunkt der zu schützenden Einrichtung einerseits und dem Nulleiter der Speiseleitung und dem Gehäuse oder Körper anderseits ausgenutzt wird, gekennzeichnet durch zwei auf dem gleichen Eisenkern angeordnete Magnetspulen (8^a und 8^b), von denen die eine (8*) mit ihrem einen Ende am Nullpunkt des Stromverbrauchers und die zweite (8^a) mit ihrem einen Ende am Gehäuse oder Körper des Stromverbrauchers liegt, während die anderen Enden der beiden Spulen am Nulleiter des Netzes liegen.

2. Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseempfindlichkeit des Schalters durch einen den Spulen (8) vorgeschalteten veränderlichen Widerstand (12) grob und durch eine mit dem Anker (10) des Magneten verbundene Stellschraube (18) fein geregelt wird.

3. Schutzschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit des Schalters durch Anwendung eines im Innern der Spulen (8) freibeweglichen und nach Beheben unterteilten Magnetkerns (10) erhöht wird.

4. Schutzschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösegeschwindigkeit des Schalters in der Weise erhöht wird, daß das eigentliche Auslösen nicht unmittelbar durch den Magnetanker (io)j sondern durch Aufschlagen eines vom

Magnetanker (ίο) in Bewegung gesetzten und von einer Ringfeder (22) beschleunigten Konusses (19), bzw. seiner Verlängerung (19"), auf eine Schloßklinke (23) erfolgt, die infolge dieses Aufschiagens aus ihrer Rast (24) gezogen wird und dadurch eine Bewegung des Schalters in seine Ausschaltstellung zuläßt.

5. Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule des Elektromagneten (8) von einem zylindrischen Eisengehäuse (17) umgeben ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen