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Temperaturabhängiger Überlastschutz
Zum Schutz gegen Überlastung von Motoren, Transformatoren und sonstigen Geräten wurden bisher teils stromabhängige, teils temperaturabhängige und teils strom- und temperaturabhängige Schutzgl1eder entwickelt, bei denen ausnahmslos zur Steuerung der Kontakte Thermobimetalle verwendet werden. Beim stromabhängigen Thermoschalter versuchte man durch indirekte oder direkte Beheizung der Bimetalle ein möglichst naturgetreues Temperaturabbild der in dem zu schützenden Gerät auftretenden Temperatur zu erreichen. Ein möglichst genaues Temperaturabbild lässt sich jedoch nur dann annähernd erreichen, wenn die Umgebungseinflüsse konstant sind und die Belastung nicht allzu sehr schwankt.
Ein solcher Ther- moschutz muss ziemlich genau den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden, wodurch man gezwungen ist, mit einer hohen Typenzahl zu arbeiten.
Mit den bisher bekannten, rein temperaturabhängigen Thermoschaltern kommt man bei wesentlich kleinerer Typenzahl den anfangs erwähnten Forderungen erheblich näher, wenn diese direkt an der Stelle grösster Wärmeentwicklung in der Maschine untergebracht werden können. Solche Thermoschalter besitzen aus Thermobimetall gefertigte Springmembranen, die bei Erreichen einer bestimmten Temperatur die Kontakte sprunghaft öffnen und, wenn die Temperatur wieder um einen bestimmten Betrag gefallen ist, durch Zurückspringen in die Ausgangsstellung die Kontakte wieder schliessen. Bei einer solchen Ausführung wird als nachteilig empfunden, dass zwischen dem Kippglied (Springmembran) und der Stelle grösster Temperaturentwicklung immer ein nicht unwesentlicher Temperatursprung besteht.
Dazu kommt noch, dass besonders für höhere Temperaturen nur Bimetalle mit geringer Temperaturleitfähigkeit zur Verfügung stehen. Weiterhin ist die Unterbringung, z. B. in der Wicklung einer Maschine, nur dort möglich, wo relativ viel Platz vorhanden ist.
Man ist daher dazu übergegangen, einen temperaturabhängigen Überlastschutz mit einem Wärmefühlorgan, das aus einem Fühlrohr und einem darin befindlichen Stab mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, zu verwenden und das Fühlrohr unmittelbar in den zu schützenden Teilen einer Maschine, z. B. Wicklung, anzubringen. Solche Einrichtungen sind aber auch noch nicht voll befriedigend, da die Abschalttemperatur des Überlastschutzes sehr von der Steilheit des Temperaturanstieges in dem zu schützenden Teil abhängig ist. Bei einem Fühlrohr mit einem darin angeordneten Stab bleibt nämlich die Temperatur des Stabes um so stärker hinter der des Rohres zurück, je steiler der Temperaturanstieg ist.
Die Abschaltung des Schalters wird also bei steilem Temperaturanstieg früher als bei flachem Temperaturanstieg erfolgen, denn bekanntlich ist ja die Längenänderungsdifferenz zwischen Rohr und Stab massgebend für die Betätigung des Schalters. Die Abhängigkeit von der Steilheit des Temperaturanstieges ist sehr unerwünscht, da hiedurch nämlich der zu überwachende Teil verschieden grossen Erwärmungen ausgesetzt ist.
Die Erfindung bezieht sich auf einen temperaturabhängigen Überlastschutz der zuletzt genannten Art, und es ist ihre Aufgabe, den erwähnten Mangel zu beseitigen. Erfindungsgemäss wird die in dem zu schützenden Teil auftretende Temperaturspitze unabhängig von der Steilheit des Temperaturanstieges gemacht, indem für den im Fühlrohr befindlichen Stab ein Material mit mittlerem positiven Wärmeaus- dehnungskoeffizienten gewählt wird, während das Rohr einen grossen positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt.
Das Fühlrohr des Überlastschutzes ist mit dem Gehäuse des Schalters fest verbunden und der am freien
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Ende des Fühlrohres einstellbar angebrachte Stab wirkt auf eine Steuerfeder ein, die ihrerseits ein kontakt- tragendes Kippglied beeinflusst. Die Steuerfeder ändert durch die Wegänderung des Stabes die Vorspan- nung des Kippgliedes und bewirkt somit die Schalterbetätigung.. Zweckmässigerweise ist eine Einstellvor- richtung vorgesehen, die einen selbständigen Rückfall bei Absinken der Temperatur oder einen Rückfall nur durch eine von aussen einwirkende Kraft einzustellen gestattet. Der Überlastschutz kann auch mit einer druckfesten Schaltkammer versehen sein.
An Hand der Zeichnung ist im folgenden die Erfindung näher erläutert. Fig. 1 zeigt den Aufbau eines
Ausführungsbeispiels des Schalters, Fig. 2 den Einbau in die Wicklung einer zu schützenden Maschine. In
Fig. 3 ist in einem Schaubild die Abschaltung der zu schützenden Maschine dargestellt, wobei die Tem- peratur als Funktion der Zeit aufgetragen ist.
In Fig. 1 ist mit 1 ein dünnwandiges Fühlrohr bezeichnet, das aus einem Material mit grösstem Wär- meausdehnungskoeffizienten besteht. Darin befindet sich ein Stab 2 mit mittlerem positivem Wärmeaus- dehnungskoeffizienten. Durch die Stellschraube 3 lässt sich der Stab in seiner Höhe verschieben. Das an- dere Ende des Stabes wirkt auf eine Steuerfeder 5, die zusammen mit dem Kippglied 4 auf einem gemeinsamen Träger 6 angebracht ist. Der Bügel 8, der gleichzeitig als Gehäuse ausgebildet sein kann, trägt die den Rückfall bestimmende Justierschraube 7.
Im kalten Zustand des Fühlrohres 1 und des Stabes 2 bewirkt die Steuerfeder 5 in dem Kippglied 4 eine solche Vorspannung, dass durch das Kippglied die Kontakte 9 und 10 geschlossen sind. Wird das Fühlrohr 1 erwärmt, so dehnt es sich aus und das durch den Stab 2 über die Steuerfeder 5 unter Vorspannung gehaltene Kippglied 4 springt in die entgegengesetzte Lage um und öffnet die Kontakte 9 und 10. Kühlt sich das Rohr ab, so erhöht sich der Druck auf das Kippglied so lange, bis die Ausgangsstellung wieder schlagartig eingenommen wird. Durch die Justierschraube 7 ist eine Einstellung möglich, bei der das Kippglied nach Ausschalten der Kontakte die Ausgangslage nur wieder einnehmen kann, wenn eine grö- ssere Kraft darauf einwirkt. Dies kann beispielsweise durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Rückstelltaste erfolgen.
Wie durch die Strichelung 11 angedeutet, kann die Schaltstelle des Überlastschutzes hermetisch abgeschlossen sein. Bei druckfester Ausführung dieser Kapselung ist eine Verwendung in explosionsgefährdeten Räumen und in Räumen, in denen durch Auftreten von Schaltfunken eine Zersetzung der das Schaltglied umgebenden Atmosphäre hervorgerufen werden kann, möglich.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann das Fühlrohr 2 des Überlastschutzes in die Wicklung 12 einer Maschine eingegossen werden. Dadurch wird ein guter Wärmekontakt erreicht. Bei der Fertigung der Wicklung lässt sich die Öffnung für das Fühlrohr durch einen Stab gleicher Dicke, der in die Wicklung mit eingewickelt wird, einsparen. Nach Fertigstellung der Wicklung wird der Stab herausgezogen und durch das Fühlrohr ersetzt.
An dem Fchaubild nach Fig. 3 soll erläutert werden, wie sich die Abschaltzeiten des zu schützenden Gerätes bei verschieden steilem Temperaturanstieg in Abhängigkeit von dem Temperaturkoeffizienten des im Fühlrohr enthaltenden Stabes verhalten. Auf der Abszisse ist dabei die Zeit, auf der Ordinate die Temperatur aufgetragen. Für den Bereich von sehr kurzen Zeiten von t = 0 bis t = tl gilt die im folgenden angestellte Betrachtung nicht. Die waagrechte Linie 13 gibt die Temperatur 51 an, bei der die zu schützende Maschine abgeschaltet werden soll.
Auch wenn der Wärmefühler, wie in Fig. 2 dargestellt, unmittelbar in der Wicklung der Maschine untergebracht ist, so ist je nach der Steilheit des Temperaturanstieges in der Maschine die Temperatur in dem Wärmefühler um einen mehr oder weniger grossen Betrag kleiner als in der Wicklung selbst. Bei einem Temperaturanstieg im Wärmefühler von 5. auf 5. in der Zeit t-t sei der Unterschied zwischen der Temperatur in der Wicklung und im Wärmefühler so klein, dass er ausserhalb der Zeichengenauigkeit liegt. Ist der Temperaturanstieg steiler, wie z. B. durch die Linie 16 dargestellt, so erfolgt das Abschalten der Maschine zur Zeit tim Punkt 14. Die Temperatur in der Maschine ist zu dieser Zeit jedoch schon durch dea Punkt 15 gegeben.
Durch die Linien 17 und 18 sind noch zwei weitere Beispiele mit noch steileren Temperaturanstiegen dargestellt. Beim Temperaturanstieg längs der Linie 17 erfolgt die Abschaltung der Maschine zur Zeit ts im Punkte 21. Die Temperatur in der Maschine ist durch den Punkt 22 gegeben. Bei noch steilerem Temperaturanstieg längs der Linie 18 erfolgt die Abschaltung im Punkte 23 zur Zeit t2, während die Temperatur in der Maschine durch den Punkt 24 angegeben ist. Die in der Darstellung mit 25 bezeichnete Linie gibt also die wirkliche Temperatur in der Wicklung an, bei der die Maschine abgeschaltet wird.
Gemäss der Erfindung lässt sich jedoch die Abschalttemperatur weitestgehend linearisieren, wenn der in dem Wärmefühler befindliche Stab nicht aus Material mit kleinstem, sondern mit mittlerem Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht. Je steiler der Temperaturanstieg ist, umso weiter bleibt die Erwärmung des Stabes hinter der des Fühlrohres zurück, da das Fühlrohr von der Wärme zuerst beeinflusst wird. Bei
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einem sehr steilen Temperaturanstieg, beispielsweise durch die Linie 18, hat sich der Stab noch kaum erwärmt, wodurch das Fühlrohr schon eine ziemlich hohe Temperatur angenommen hat. Bei weniger steilem Temperaturanstieg ist der Unterschied zwischen der Temperatur des Fühlrohres und der des Stabes nicht so gross.
Je grösser aber der Unterschied ist, desto niedriger ist die Temperatur, bei der in dem Schalter eine Abschaltung veranlasst wird. Bei einem Temperaturanstieg längs der Linie 18 ist die Ansprechtemperatur des Schalters durch den Punkt 26 bei der Zeit tg gegeben. Die wirkliche Temperatur in der Wicklung liegt im Punkt 27. Bei Temperaturanstiegen längs der Linien 17 und 16 erfolgt die Abschaltung der Maschine zu den Zeiten t7 bzw. t ;. Die Abschaltung der Maschine erfolgt in den Punkten 28 bzw. 19, während die Temperatur in den Wicklungen durch die Punkte 29 bzw. 20 gegeben ist.
Bei ge- eigneter Wahl der Materialien für das Fühlrohr und den Stab sowie der Zeitkonstanten, mit denensichder Stab und das Fühlrohr erwärmen, liegt die Ansprechtemperatur des Schalters nicht mehr auf einer Geraden, sondern auf der mit 30 bezeichneten Linie. Dadurch kann also erreicht werden, dass die in der Wicklung auftretende Temperaturspitze unabhängig von der Steilheit des Temperaturanstieges in weitem Bereiche konstant bleibt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Temperaturabhängiger Überlastschutz, der mit einem auf einen Schaltmechanismus einwirkenden Wärmefühlorgan unmittelbar an die zu schützenden Teile einer Maschine od. dgLangebrachtwerden kann und bei dem das Wärmefühlorgan aus einem Fühlrohr und einem darin befindlichen Stab besteht, wobei Rohr und Stab verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem zu schützenden Teil auftretende Temperaturspitze unabhängig von der Steilheit des Temperaturanstieges gemacht wird, indem für den im Fühlrohr befindlichen Stab ein Material mit mittlerem, positivem Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt wird, während das Rohr einen grossen positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt.