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Thermisch wirkende Auslösevorrichtung Es sind thermisch wirkende Anzeige-
und Auslösevorrichtungen zum Schutz gegen Unsymmetrie und symmetrische Überlastung
für Drehstrom bekannt, bei denen drei Zweiinetallstreifen bei unsymmetrischer Stromverteilung
durch die Verschiedenheit ihrer Ausbiegungen die Auslösung herbeiführen, während
sie bei symmetrischer Überlastung alle drei auf ein allen Ausdehnungskörpern gemeinsames
Auslöseglied wirken, welches die Auslösung einleitet. Diese Vorrichtungen benötigen
daher mindestens zwei allen Ausdehnungskörpern gemeinsame Auslöseleisten, -wellen
o. dgl., die sich bei Unsymmetrie anders gegeneinander verschieben als bei symmetrischer
Überlastung. Sie werden dadurch verwickelt im Aufbau, schwer einstellbar und hängen
in ihrer jeweiligen Empfindlichkeit von der Lagerreibung dieser beiden Glieder ab.
Andere bekannte Ausführungsformen benötigen. außerdem besondere Gelenkhebel und
sind also auch von deren verschiedenen Reibungsverhältnissen abhängig. Zur Erzielung
einer möglichst genauen Auslösung und einer wirtschaftlichen Bauart ist es jedoch
erwünscht, die Reibung so gering wie möglich zu halten sowie den Aufbau und die
Eichung nach Möglichkeit zu vereinfachen.
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Nach der Erfindung «-erden daher bei solchen Auslösevorrichtungen
Mittel vorgesehen, durch die bei symmetrischer Überlastung die Auslösung durch einen
einzigen dieser Ausdehnungskörper bewirkt wird. Dadurch wird eine Auslöseleiste
bzw. -welle erspart, der Aufbau vereinfacht, die Reibung vermindert und die Einstellung
erleichtert. Man kann beispielsweise zum Schutz von Drehstrommotoren
gegen
Einphasenlauf beim Ausbleiben einer Phase die Vorrichtung gemäß der Erfindung so
ausbilden, da13 von drei vom Hautpstrom der drei Phasen beheizten Zweinietallgliedern
bei symmetrischer Überlastung lediglich eins dieser Glieder durch seine Aasbiegung
die Auslösung herbeiführt. Da bei svinnietrischer Überlastung jedes der drei Zweiinetallglieder
eine dein Überlastungsstrom entsprechende Erwärmung annimmt, so ist es grundsätzlich
gleichgültig, welches der drei Glieder zur Einleitung der Auslösung benutzt wird.
Durch diese Maßnahme wird natürlich auch die Eichung der Vorrichtung erleichtert,
da es nicht mehr erforderlich ist, die drei Ausdehnungskörper einzeln auf Ü berstrornauslösung
zu eichen, sondern die Eichung eines einzigen genügt. Die Mittel zur Herbeiführung
der Auslösung bei symmetrischer Überlastung können an sich bemannte sein, z. B.
ein Auslös°kontakt, der von (lern betreffenden Ausdehnungskörper unmittelbar oder
über Zwischenglieder gesteuert wird, oder ein Auslöseliebel, der, durch den Ausdehnungskörper
betätigt, einen Schalter auslöst o. dgl.
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Es können aber nach der Erfindung auch neuartige Mittel verwendet
werden. - Hierbei läßt sich auch die -zweite Auslöseleiste oder -welle vermeiden,
wenn man die Vorrichtung so ausbildet, daß eines der drei Zweimetallglieder eine
Auslösevorrichtung steuert, deren AuslösegliMer sich bei gleicher Ausdehnung, also
symmetrischer Belastung, der drei Zweiinetallglieder unter Federwirkung an von den
beiden anderen Zweimetallgliedern gesteuerten Anschlägen abstützen und bei ungleicher
Ausdehnung der drei Zweimetallglieder, also unsymmetrischer Belastung, durch Abgleiten
von diesen Stützen die Auslösung bewirken, während bei symmetrischer Überlast nur
eins der Zweimetallglieder bei Erreichung seiner der Überlastung entsprechenden
Auslösetemperatur einen besonderen Kontakt oder Hebel betätigt.
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Schließlich kann man auch noch diesen besonderen Auslösekontakt oder
Hebel dadurch ersparen, daß man gemäß der weiteren Ausbildung nach der Erfindung
die Vorrichtung so gestaltet, daß bei symmetrischer Überlastung einer der Ausdehnungskörper
in seiner Ausdehnung so beeinfiußt wird, daß durch die Verschiedenheit seiner Ausdehnung
oder Aasbiegung gegenüber der der anderen Ausdehnungskörper dieselbe Vorrichtung
anspricht wie bei unsymmetrischer Belastung.
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Die Ausbildung der Erfindung im einzelnen ist in einem Ausführungsbeispiel
in Abb. i bis 5 dargestellt.
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Abb. i zeigt eine Ansicht, Abb. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung
bei nicht erwärmten Zweimetallgliedern. Abb.3 bis zeigen verschiedene Auslösestellungen.
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Drei vom Strom je einer Phase mittelbar oder unmittelbar behe:zteZweimetallglieder
a, b, c überwachen z. B. einen Drehstrommotor oder -magneten. Bei Erwärmung durch
den Hauptstrom biegen ,ich die Zweimetallglieder in Richtung des Pfeiles (Abb. 2)
aus. Am mittleren Zweimetallglied b :st ein kleiner Isolierbügel d befestigt, durch
dessen Schenkel zwei Stifte e und nc geführt sind. Diese tragen an den inneren
Enden zwei isolierte Kontakte h, i, Tiber die z. B. der Erregerstrom eines
dem Motor vorgeschalteten Schützes geführt ist. Durch zwei Federn g und j, die sich
gegen je einen mit den Stiften fest verbundenen Kragen J und k legen, werden die
Stifte gegen die Schmalseite der beiden äußeren Zweimetallglieder a und c gedruckt.
Es können auch statt dessen besondere Stützglieder vorgesehen werden. die an den
beiden äußeren Zweinietallgliedern befestigt sind oder sonstwie von diesen gesteuert
werden.
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Bei Unsvinmetrie arbeitet die Vorrichtung wie folgt: Erweint sich
das Zweimetallglied a allein oder stärker als die Glieder b und c, so nimmt es diesen
gegenüber die in Abb.3 dargestellte voreilende Stellung ein. Daher wird nach verliiiltnisniiil3:g
kurzer Zeit, noch lange ehe die zugehörige geschützte Wicklung eine gefährliche
"Temperatur angenommen hat, der Stifte von der Schmalseite des Zweiinetallgliedes
a unter dein Drucke der Feder g abgleiten und den Auslösekontakt h öffnen. Das Motorschütz
wird also bei Unsytnmetrie schneller zum Auslösen gebracht als bei symmetrischer
Überlastung. Das ist durchaus erwünscht, da jede unsyininetrische Belastung von
Drehstronimotoren, -nia.gneten o. dgl. ein fehlerhafter Betriebszustand ist, der
im allgemeinen nicht von selbst wieder aufhört. Im Gegensatz dazu sind symmetrische
Überlastungen häufig nur durch vorübergehende mechanische Überlastung des Motors
oder Magneten bedingt und verschwindeh häufig von selbst nach einer gewissen Zeit
wieder. Um Betriebsunterbrechungen nach Möglichkeit zu vermeiden, soll daher bei
svminetrischer Überlastung die Auslösung möglichst nicht eher erfolgen, als die
Wicklungstemperatur es erfordert.
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Ähnlich vollzieht sich die Auslösung bei Einphasenlauf, wenn z. B.
die Sicherung in der rechten äußeren Phase durchgegangen ist. Dann bleibt nach Abb.
d. das Glied c in seiner Aasbiegung gegenüber den Gliedern a und b zurück, der Stift
in rutscht vom Gliede c ab und öffnet den Auslösekontakt i. Ist die Sicherung
der mittleren Phase b durchgegangen, so bleibt das Glied b zurück, und einer der
beiden Stifte e, m rutscht von dem zugehörigen
Glied a, c ab. Sollten
beide Stifte zugleich abrutschen, so öffnen sich beide Kontakte lc und i gleichzeitig.
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Um nun bei symmetrischer Überlastung die Auslösung zu erzielen, ist
z. B. nach Abb. 2 ein Winkelhebel 7a schwenkbar um die Achse p
vorgesehen,
der mit einer Einstellschraube o ,zur Einstellung des Auslösestromes :bei symmetrischer
Überlastung versehen ist. Bei symmetrischer Überlastung bewegen sich alle drei Glieder
a, b, c gleichmäßig, bis schließlich das Zweimetallglied a bei Erreichung seiner
dem eingestellten Überstrom entsprechenden Temperatur auf die Schraube o trifft,
den Hebel n dreht und dadurch die Auslösung bewirkt. Der -Auslösehebel n kann an
sich auch jedem anderen der drei Zw eimetallglieder gegenüberstehen, so daß er durch
deren Ausbiegung die Auslösung einleitet.
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Die Auslösung bei symmetrischer überlastung erfolgt also durch eine
stetige Bewegung des Hebels n entsprechend der Ausbiegungsbewegung des betreffenden
Zweimetallgliedes. Die Auslösung bei einphasigem Erdschluß oder zweiphasiger Unsymmetrie
durch Einphasenlauf wird dagegen durch die schnappende Öffnung .des Auslösekontaktes
lt, i bewirkt. Man hat in dieser unterschiedlichen Auslösungsart also ein
Unterscheidungsmerkmal, um nach dem Auslösen des Schalters zu erkennen, ob nur eine
symmetrische Überlastung oder aber eine Ünsymmetriestörung vorgelegen hat. Letztere
muß durch Abstellen der elektrischen Ursache, z. B. Einsetzen einer neuen Sicherung,
Beseitigung des Erdschlusses o. d.gl., behoben werden. Nach (der Auslösung durch
symmetrische Überlastung dagegen kann der Betrieb` im allgemeinen seinen Fortgang
nehmen, gegebenenfalls nach mechanischer Entlastung des Motors.
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Ist eine solche Unterscheidung nicht erforderlich, so kann man zur
Vereinfachung der Vorrichtung die Auslösung bei symmetrischer Überlastung auch dadurch
bewirken, daß man durch die Ausbiegun.g der Zweimetallglieder dieselbe Auslösevorrichtung
wie bei Unsymmetrie zum Ansprechen bringt, d. h. den Auslösekontakt h,
i betätigt, der natürlich auch als ein ohne elektrische Zwischenglieder arbeitendes,
mechanisch auf eine Schalterverklinkung wirkendes. Auslöseglied ausgebildet sein
kann. Zu diesem Zweck kann man ein beliebiges der drei Zweimetallglieder mechanisch,
elektrisch, magnetisch oder auf eine beliebige andere Art so, beinflussen, daß es
in seiner Ausbiegung hinter den anderen Gliedern zurückbleibt. Hierzu ist in Abb.
z und 5 beispielsweise eine Anschlagschraube q vorgesehen, auf die das Glied c nach
Erreichung seiner Auslösetemperatur bei symmetrischer Überlast trifft, so daß es
nach Abb. 5 bei der Weiterbewegung der Glieder a und b hinter diesen zurückbleibt,
der Stift m von c abgleitet und den Auslösekontakt i öffnet. Dieser Anschlag kann,
ebenso wie die Drehachse p, zwecks Kompensation der Raumtemperatur an einem Zwei.metallglied
r befestigt sein, das nicht vom Strombeheizt, sondern der Umgebungstemperatur ausgesetzt
ist. Die Beeinflussung des Ausdehnungskörpers, die eine Überstromauslösung durch
Ansprechen der Unsymmetrieauslösevorrichtung bewirkt, kann auch. durch andere als
mechanische Mittel erzielt werden, z. B. durch einen Magneten, der dem Ausdehnungskörper
bei Erreichung einer gewissen Temperatur eine Bewegung erteilt, oder dadurch, daß
der Ausdehnungskörper einen Kontakt betätigt, der seinen Heizstrom verstärkt oder
schwächt o. dgl. Die beschriebene Art der Unsymmetrieauslösung ist übrigens nicht
auf Auslösevorrichtungen beschränkt, bei denen die symmetrische Überstromauslösung
durch einen einzigen der drei Ausdehnungskörper bewirkt wird, sondern auch für die
bekannten Auslösevorrichtungen neu und .mit Vorteil verwendbar, bei denen alle drei
Ausdehnungskörper bei symmetrischer Überlast die Auslösung herbeiführen.
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Es ist ferner nicht erforderlich. .daß :der Bügel d an .dem Ausdehnungskörper
befestigt ist. Er kann auch für sich gelagert sein und vom Ausdehnungskörper b gesteuert
werden. Ebenso brauchen die beiden anderen Ausdehnungskörper a. und c nicht selbst
die Stützflächen für die Auslösestifte e und in ztt bilden, sondern es können
besondere, von diesen beiden Ausdehnungskörpern gesteuerte Glieder vorgesehen sein.
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An Stelle der Zweimetallstreifen können andere Zweimetallglieder beliebiger
geeigneter Form benutzt werden, ebenso Hitzdrähte, Hitzbänder, Hitzstäbe, kurzum,
jeder beliebige, bei Temperaturänderungen sich ausdehnende Körper. Diese Körper
können unmittelbar durch den durchfließculden Hauptstrom, gegebenenfalls einen durch
Wandler oder Nebenschlüsse abgeleiteten Strom, oder auch mittelbar durch Heizwicklungen,
Widerstände, Bänder, Schienen o.dgl. beheizt sein.
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Die Vorrichtung nach :der Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß
es nicht erforderlich ist, wie bei den bekannten Unsymmetrierelais üblich, die drei
Ausdehnungskörper in getrennten Kammern unterzubringen, um ihre gegenseitige Beheizung
herabzusetzen. Denn bei unsymmetrischer Überlastung spielt die gegenseitige Beheizung
keine wesentliche Rolle, weil ja lediglich die Differenz der Ausbiegungen für die
Auslösung maßgebend ist. Bei symmetrischer Überlastung dagegen ist bei der Vorrichtung
nach der Erfindung die gegenseitige Beheizung nur erwünscht, um
mit
möglichst geringem Wattverbrauch und kleinen Abmessungen der drei- oder mehrpoligen
Vorrichtung auszukommen. Außerdem kann man wegen der gegenseitigen Beheizung für
kleinere Nennströme, bei denen nianbisher durch Heizwiderstände mittelbar beheizte
Bimetallglieder verwenden mußte, unmittelbar durch Stromdurchgang beheizte Bimetallglieder
benutzen und den Querschnitt sowie die Wärmezeitkonstante und Kurzschlußfestigkeit
vergrößern, da auch trotz des größeren Querdurchschnittes die erforderliche Auslösetemperatur
und Ausbiegung bei symmetrischer Überlastung durch die gegenseitige Beheizung erzielt
wird.
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Es ist also nach der Erfindung möglich, eine thermische Überwachungsvorrichtung,
insbesondere für Drehstrom, zu bauen, die folgende Eigenschaften aufweist: Sie löst
bei einpoliger Unsymmetrie, z. B. bei einphasigem Erdschluß, in Anlagen finit Nulleiter
aus, und zwar braucht die Auslösestromstärke in der gestörten Phase den Nennstrom
nicht zu erreichen, geschweige denn zu überschreiten. Bei zweipoliger Unsymmetrie,
z. B. bei Einphasenlauf von Drehstrommotoren. löst sie ebenfalls bereits bei Strömen
unterhalb des Nennstromes aus. Die Unsymmetrieauslösungen erfolgen bei jedem beliebigen
Belastungsstrom, lediglich abhängig von der Differenz der Temperaturen, die sich
aus den entsprechenden Stromdifferenzen der Phasen ergeben, sowie bei jeder beliebigen
Vorbelastungstemperatur der Auslösevorrichtung und des Schützlings infolge ihrer
kürzeren oder längeren Vorbelastung. Theoretisch kann man diese Temperaturdifferenz
beliebig klein, also die Empfindlichkeit außerordentlich hoch machen; aber auch
praktisch erreicht man ohne besondere Präzision in der Herstellung eine weitaus
genügende Empfindlichkeit. Die Unsymmetrieauslösungen erfolgen, ebenfalls im Gegensatz
zu den üblichen dreiphasigen Überstromauslösern, in wesentlich kürzerer Zeit als
die Auslösung bei dreiphasiger Überlastung. Bei denüblichen dreiphasigen Wärmeauslösern,
die zwecks Raum- und Kostenersparnis eng zus,aminengebaut sind, liegen die Verhältnisse
meistens infolge der gegenseitigen Beheizung der Ausdehnungskörper umgelehrt, nämlich
so, daß die einphasigen und die zweiphasigen Auslösungen länger dauern als die bei
dreiphasiger symmetrischer Cberlast. Denn bei ,der letzteren ist die gegenseitige
Beheizung der Ausdehnungskörper, da sie alle drei durch Überstrom beheizt sind,
am stärksten; die Auslösete-mperatur wird also bei gleicher Stromstärke in den drei
Phasen früher erreicht als bei Einphasenlauf, wo nur zwei Ausdehnungskörper beheizt
sind, oder bei Erdschluß, wo nur einer beheizt bzw. zusätzlich gegenüber den anderen
beheizt ist. Infolgedessen liegt der zum Auslösen erforderliche Unsynnnetriestrom
bei diesen bekannten Auslösern tinerwünschterweise höher als bei dreiphasiger l'lierlastung.
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Ferner fällt beim Erfindungsgegenstand auch die mechanische Beeinflussung
der Ausdehnungsglieder fort, die bei den bekannteii l'herstroinauslösevorrichtungen
mit oder ohne Unsymnietrieschutzwirkung den beschriebenen Mangel noch dadurch vergrößert,
daß bei dreiphasiger Auslösung alle drei Ausdehnungskörper auf die gemeinsame Auslöseleiste
wirken und daher deren Reibung und andere, etwa vorgesehene Gegenkräfte leichter
überwinden, als wenn nur einer oder zwei der Ausdehnungskörper auf die Auslöseleiste
wirken. Durch diese gegenseitige mechanische Beeinflussung wird der Unterschied
der Auslösezeit bei symmetrischer L'berlastung im Verhältnis zu der bei Unsvmmetrie
noch weiter im unerwünschten Sinne gesteigert.
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Die beim Einschalten von Drehstrommotoren und Magneten kurzzeitig
auftretende Unsyinmetrie vermag eine solche Vorrichtung nicht zum Ansprechen zu
bringen, da die Verzögerung im Gegensatz zu magnetischen Unsviniiietrierelais selbst
bei verhältnismäßig kleiner Wärmezeitkonstante der Ausdehnungskörper durchaus genügend
ist, um diese Unsyinnietrie zu überwinden.
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Mittels einer normalen, für den Dreieckstroin ausgelegten Auslösevorrichtung
nach der Erfindung ist bei Motoren mit Sterndreieckanlauf auch in der Sternschaltung
Schutz gegen Erdschluß und Einphasenlauf vorhanden, da ja dieser Schutz nicht vom
Nennstrom, sondern lediglich von der Differenz der Phasenströme abhängig ist. Während
man also bei der Verwendung von Dreiphasenüberstromaus1ösevorrichtungen bisher je
eine Vorrichtung für Stern- und eine für Dreieckschaltung vorsehen mußte, kommt
man nunmehr mit einer einzigen aus. Will man auch gegen symmetrische Vberlastun.g
in der Sternschaltung schützen, so genügt hierfür eine Schutzvorrichtung mit einem
einzigen Ausdehnungskörper, der bei symmetrischer Überlast in Sternschaltung auslöst.
Man kommt also auch in diesem Falle mit vier Ausdehnungskörpern statt sechs aus.
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Obwohl bei Unsymnietrie die Auslösung selbst bei Ausdehnungskörpern
großer Wärmezeitkonstante verhältnismäßig sehr schnell erfolgt, kann man bei symmetrischer
Cberlastung die Cberlastungsfähigkeit des Motors weitgehend ausnutzen und zu diesem
Zweck die Auslöseträgheit noch dadurch steigern, daß inan die Vorrichtung auf engem
Raum zusammenbaut und infolge der dadurch entstehenden gegenseitigen Beheizung die
Wärrnezeitkonstante
der Ausdehnungskörper durch Wahl eines größeren
Zweimetallquerschnittes vergrößern kann. Die Erkenntnis, daß ein solcher enger Zusammenbau,
insbesondere eine .Anordnung der Ausdehnungskörper in einer gemeinsamen Kapsel ohne
gegenseitige Trennwände, die beschriebenen Vorteile hat, ist auch für solche Unsymmetrie-
und Überlastungsrelais neu und vorteilhaft anwendbar, bei denen nicht, wie beim
Erfindungsgegenstand, nur einer der Ausdehnungskörper, sondern zwei oder drei bei
symmetrischer Überlastung die Auslösung bewirken.