-
Elektromagnetisches Schütz Zum Schutze elektrischer Stromverbraucher
sind selbsttätige Überstromschalter, beispielsweise auch Motorschutzschalter, bekannt,
die neben einem elektromagnetischen Au:slöseelement ein thermisches Auslöseglied
in Form meist eines Bimetallstreifens aufweisen, der entweder' unmittelbar vom Verbrauchsstrom
durchflossen oder mittelbar durch ein Heizpaket erwärmt wird. Derartige thermische
Abbilder des zu schützenden Gerätes sprechen lediglich unter dem Einfluß der Höhe
des Verbrauchsstromes an., schützen also das Gerät nur .gegen von zu hoher Stromaufnahme
herrührende übermäßige Erwärmung. Es ist aber nicht gleichgültig, ob beispielsweise
ein Elektromotor bei sehr hoher oder sehr niedrigerAußentemperatur arbeitet, besonders
gut gekühlt werden kann oder nicht. So ist offenbar ein zum Antrieb etwa eines Rauchgasgebläses
in einem warmen Kesselhaus dienender Motor offenbar der Gefahr einer übermäßigen
Erwärmung schon bei geringeren. Verbrauchsströmen ausgesetzt, während der gleiche
Motor, wenn er unmittelbar mit einer Kreiselpumpe zur Förderung kalten Wassers gekuppelt
ist, bei gleicher Anspreehstromstärke der Schutzvorrichtung nicht genügend ausgenutzt
sein würde. Der Versuch,
das thermischeAbbild unter Berücksichtigung
der äußeren Betriebsverhältnisse auszubilden, scheitert allein schon daran, daß
sich die Außentemperatur sehr leicht und binnen kürzester Frist ändern kann, wenn
z. B. ein Flugzeug vom hohen Norden kommend in heiße Breitengrade fliegt.
-
Es ist vielfach versucht worden, thermische Abbilder gegen wechselnde
Raumtemperatur zu kompensieren, z. B. durch besondere Ausgleichbimetallstreifen.
Vorschläge dieser Art sind jedoch allein schon deshalb fehlgeschlagen, weil es bei
der notwendigerweise dicht benachbarten Lagerung der beiden Bimetallstreifen nicht
in ausreichendem Maße gelingt, den Kompensationsbimetallstreifen gegen ungewollte
Erwärmung durch den Arbeitshimetallstreifen zu schützen.
-
Es ist ferner bekanntgeworden, daß in :Maschinenlagern gasgesteuerte
Thermostate vorgesehen werden, bei denen der von der Temperatur abhängige Gasdruck
auf Membranen wirkt, und man hat derartige Thermostate derart ausgebildet, daß bei
übermäßigem Anstieg der Lagertemperatur die Antriebsmaschine abgeschaltet oder ein
Warnsignal betätigt wird. Derartige überwachungsvorrichtungen sprechen aber lediglich
unter dem Einfluß äußerer Betriebsverhältnisse, wie Lagertemperaturen u. dgl., an.
Es hat sich überdies erwiesen, daß ein wirklicher Schutz beim Vorhandensein nur
eines einzigen Wärmefühlers nicht erzielt werden kann, weshalb man mehrere derartige
Wärmefühler anordnete und ihr Ansprechen von den Temperaturdifferenzen z. B. zweier
Lagerstellen abhängig machte. Dabei hat man als Wärmefühler bereits Widerstände
benutzt, die in den Stromkreis eines Elektromagneten geschaltet sind und einen positiven
Temperaturkoeffizienten aufweisen, so daß der Widerstand mit steigender Temperatur
anwächst. Derartige Wärmewächter sind nicht geeignet zum vollkommenen Schutz von
elektrischen Stromverbrauchern, die sowohl unter dem Einfluß äußerer Betriebsverhältnisse
als auch in Abhängigkeit von zu hoher Stromaufnahme einer gefahrdrohenden Erwärmung
ausgesetzt sind.
-
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Schütz zum Schutz elektrischer
Stromverbraucher gegen zu hohe Erwärmung. Das Schütz nach der Erfindung kennzeichnet
sich dadurch, daß die Schutzspule in Reihe mit einem bei Temperaturschwankungen
veränderlichen Widerstand geschaltet ist, der zugleich mittelbar durch ein vom Verbrauchsstrom
durchflossenes Heizpaket erwärmt wird. Ein derartiges elektromagnetisches Schütz
unterliegt somit der Beeinflussung einerseits durch den Verbrauchsstrom des zu schützenden.
Gerätes, andererseits durch die äußeren Betriebsverhältnisse. Mittels ein und desselben
Schützes nach der Erfindung gelingt es daher, beispielsweise in ein Flugzeug eingebaute
Elektromötoren gegen übermäßige Erwärmung zu schützen, gleichgültig ob der Elektromotor
in der Nähe des Flugmotors untergebracht oder im Flügel dem Fahrwind ausgesetzt
ist, obwohl die dabei auftretenden Temperaturen bis zu ioo° C voneinander abweichen
können.
-
Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, als veränderlichen
Widerstand einen solchen mit negativem Temperaturkoeffizienten zu verwenden, dessen
Widerstand also bei Temperaturanstieg stark abfällt. Solche Widerstände aus Kupfer-,
Uranoxyd o. dgl. (Heißleiter) sind an sich bekannt. Ein elektromagnetisches Schütz
nach der Erfindung mit einem Heißleiter hat gegenüber einem solchen mit einem Widerstand
mit positivem Temperaturkoeffizienten einen wesentlich geringeren Stromverbrauch
und zeigt ferner einen wesentlich robusteren Aufbau. Die Widerstandsänderung eines
Heißleiters bei gleicher Temperaturänderung ist sehr viel größer als die Änderung
eines `'Widerstandes mit positiven Temperaturkoeffizienten. Durch dieses starke
Ändern des Widerstandes wird auch bei robusterem Aufbau des Schützes eine hohe Ansprechgenauigkeit
erzielt.
-
Der veränderliche Widerstand und das zugehörige Heizpaket werden zweckmäßig
in einem Anschlußklemmen tragenden Kasten untergebracht, welcher an das zu schützende
Gerät angebaut, z. B. auf den zu schützenden Motor aufgesetzt wird. Es ist ohne
weiteres möglich, jedes bereits installierte Gerät ohne nennenswerte Änderung mit
einem -Schütz nach der Erfindung auszurüsten, dadurch also weitgehend Schutz gegen
übermäßige Erwärmung und andererseits bestmögliche Ausnutzung zu gewährleisten.
-
Die Zeichnung veranschaulicht eine beispielsweise Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes bei Anwendung zum Schutze eines Elektromotors. Abb. i
veranschaulicht das Schaltschema; Abb. 2 läßt eine besondere Ausführungsmöglichkeit
erkennen.
-
Bei der Ausführung nach Abb. i soll ein Elektromotor a gegen übermäßigen
Temperaturanstieg gesichert werden. Während' die eine Phase b des Netzes unmittelbar
an den Motor a gelegt ist, führt die zweite Phase c über eine Unterbrechungsstelle
d im Schütz und anschließend über ein Heizpaket e in den Motor a. An die Phasen
b, c ist mit einer Hilfsleitung f die Schutzspule g und in Reihe hiermit
ein Widerstand la mit negativem Temperaturkoeffizienten geschaltet. Der Anker des
Schützes trägt eine Kontaktbrücke i.
-
Die Wirkungsweise des Schützes nach der
-Erfindung
ist folgende: Es ist angenommen, daß bei der in Abb.. r -veranschaulichten Lage
der Teile der Motor a eine zu hohe Temperatur angenommen hat, so daß das Schütz
g soeben die Phase c an der Unterbrechungsstelle d geöffnet hat. Kühlt sich nunmehr
der Motor ab, so steigt zufolge Nachlassens der Temperatur der Widerstand des Heißleiters
h, die Spule g wird demgemäß von einem mehr und mehr sinkenden Strom durchflossen,
so daß der Anker nicht mehr in angezogenem Zustand gehalten werden kann, sondern
unter dem Einfluß seines Eigengewichtes oder einer nicht dargestellten Feder zum
Abfallen gebracht wird, in welcher Lage die Unterbrechungsstelle d durch die Brücke
i geschlossen wird. Der nunmehr wieder laufende Motor kann einerseits eine zu hohe
Stromaufnahme erfahren, was zu einer stärkeren Beheizung durch das Heizpaket e führt.
Die starke Erwärmung des Heißleiters h führt zu einem Absinken des Widerstandes,
d. h. zu einem Stromanstieg in- der Spule g und zu einem Ansprechen des Ankers mit
der Kontaktbrücke i. Es kann aber andererseits möglich sein, daß der Motor a, ohne
daß er von einem, noch so geringen -Überstrom durchflossen würde, durch äußere Verhältnisse
erwärmt wird, z. B. dadurch, daß in der Nähe des Motors ein Brand ausbricht. Diese
Temperaturerhöhung hat dann ebenfalls zur Folge, daß der Heißleiter h sich mehr
und mehr erwärmt, sein Widerstand abnimmt, also auch in diesem Falle die Stromaufnahme
der Spule g steigt, bis der Anker angezogen und die -Phase c an den Kontakten d
unterbrochen wird. Der Motor a ist also gegen jedwede Temperaturerhöhung übermäßiger
Art geschützt, gleichgültig ob dies von zu hoher Stromaufnahme oder von äußeren
betrieblichen Verhältnissen herrührt. Wird der gleiche Motor mit der gleichen Schutzvorrichtung
einmal in kälteren, ein anderes Mal in wärmeren Breitengraden verwendet, so spricht
das elektromagnetische Schütz nach der Erfindung stets in .der Weise an, daß bei
Erreichen einer ganz bestimmten, zweckmäßig einstellbaren Temperatur der Motor abgeschaltet
wird. Der in kälteren Breitengraden verwendete Motor wird diese Temperatur später,
zum mindesten. bei höheren Überströmen, erreichen, kann also weitgehender ausgenutzt
werden.
-
Naturgemäß muß nicht als Widerstand h ein Heißleiter, also ein solcher
mit negativem Temperaturkoeffizienten verwendet werden. Es ist ohne weiteres möglich,
das Schütz nach der Erfindung mit einem Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten
auszurüsten. Dann wird unterhalb der gefahrbringen- i den Temperatur wegen zu geringen
Widerstandes la die Schützspule g von- so hohem Strom durchflossen, daß sie die
Kontaktbrücke i entgegen dem Eigengewicht des Ankers oder einer Federkraft in. StromschluB-lage
hält. Bei einer solchen Ausführung ist der Stromverb.räbch ein höherer gegenüber
solchen Schützen, die einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten enthalten.
-
Abb. a veranschaulicht ein elektromagnetisches Schütz in Form eines
für sich geschlossenen Aggregates, welches in Nähe des Klemmkastens j auf den zu
schützenden Motor a aufgesetzt wird. Innerhalb des Kastens k, welcher mit Anschlußklemmen
m versehen ist, liegt der Widerstand h mit beispielsweise negativem Temperaturkoeffizienten,
er .ist durch eine Asbest- oder Glimmerisolation n gegen den darauf gewickelten
Heizleiter e isoliert, -der seinerseits noch eine Isolationsschicht o aufweisen
kann. Die aus Heißleiter h und Heizwicklung e bestehende Patrone wird durch eine
Vergußmasse p im Gehäuse k festgehalten. Man hat es in der Hand, beispielsweise
durch mehr oder weniger Einbringen von leitenden Stoffen, wie Quarzsand, in die
Vergußmasse die thermische Charakteristik zu beeinflussen. Ebenso lassen sich durch
verschiedene Stärke der Isolationsschichten zwischen Heißleiter lt und Heizwicklung
e und zwischen Heizwicklung e und Vergußmassep, schließlich auch zwischen Heißleiter
h und Heizwicklung e oder zwischen Heizwicklung e undVergußmasse p
verschiedene Charakteristiken herbeiführen. Durch .diese Anpassungsmöglichkeit kann
das Schütz nach der Erfindung ein in Erwärmung und Abkühlung genaues thermisches.
Abbild des Stromverbrauchers darstellen.
-
Das elektromagnetische Schütz braucht nicht unmittelbar den Verbrauchsstromkreis
abzuschalten, sondern kann auf besonderen Relais arbeiten oder Warnsignale betätigen,
die gegebenenfalls sehr kurz vor Erreichen der Höchsttemperatur zum Ansprechen gebracht
werden können. Zwischen dem Stromverbraucher und dem Netz wird zweckmäßigerweise
noch ein besonderer Kurzschlußschutz in Form einer Schmelzsicherung oder eines selbsttätigen
Schalters vorgesehen.