DE856759C - Elektrothermischer Selbstausschalter oder Schutzapparat fuer elektrische Mehrphasenkreise - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 24. NOVEMBER 1952

Bio8ioVIIIbl 2IC

Die Erfindung 1>etrifft einen elektrischen Selbstausschalter oder Schutzapparat, insbesondere ein Relais zum Schutz von mehrphasigen Wechselstromgeräten Regen Überlastung und einphasigen Betrieb. Die Vorrichtung arbeitet elektrothermisch und hat mehrere temperaturkompensierte Bimetallwcrke, z. B. Bimetallspiralen, ^bänder oder andere -elemente.

Jedes Bimetallelement wirkt erfindnungsgemäß auf einen mit Kontakten versehenen Arm, der eine Winkeklrehung ausführen kann. Die Lager der verschiedenen Kontaktarme sind dabei koaxial angeordnet. NOrmalerweise sind die Kontakte so lange geöffnet, als die Stromzuführungsleitungen annähernd gleichmäßig belastet sind. Bei ungleichmäßiger Belastung der Stromzuführungsleitungen dreht sich aber ein Kontaktarm gegenüber einem anderen oder gegenüber den anderen um einen vorbestimmten Winkel, z. B. wenn ein mit dem erfindungsgemäßen Gerät geschützter Motor einphasig läuft. Dann wird die durch die Drehung hervorgerufene Stellung der Kontaktarme dazu benutzt, den Stromkreis einer Schaltschützspule zu öffnen oder zu schließen .und durch sie den Motor so zu steuern, daß seine Stromzufuhr abgeschaltet wird.

Ein Kontaktarm kann ferner so eingerichtet sein, daß er bei Überlastung des geschützten Geriäts auf einen stationären Gegenkontakt, den Überlastungs-

kontakt, einwirkt, um z. B. einen die Schaltschützspule durchfließenden Parallelistromkreis zu schließen, wenn die totale Drehung dieses Kontaktarmes einen bestimmten Winkel übersteigt. Dieser Überlast'ungskontakt kann auf denjenigen Wert einstellbar sein, bei dem der Apparat abschalten soll.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrielben.

Fig. ι zeigt einen-Grundriß der Relaisapparatur, ίο worin jedoch gewisse Teile aus Gründen der Übersichtlichkeit fortgelassen sind;

Fig. 2 veranschaulicht im Schnitt eine Vorderansiicht;

Fig. 3 eine Seitenansicht im Schnitt gemäß Linie !5 3"3 der Fig. 2, und

Fig. 4 das elektrische Schaltschema. Das ernndungsgemäße Relais enthält in einem Gehäuse 21 drei besondere, koaxial angeordnete thermische Einheiten oder Werke A, B, und C. Jedes Werk hat einen Vorwärmer 11 und zwei Bimetallspiralen 12 und 13. Deren äußere Enden sind durch einen Querriegel miteinander verbunden. Das innere Ende der Spirale 12 ist auf einer Stange 15 l>efestigt. Sie geht durch das Zentrum der anderen Spirale 13 hindurch. Die Stange 15 wird von einer Querschiene 16 getragen. Das innere Ende der Spirale 13 ist mit einem Kontaktarm 17 versehen. Er hat an seinem rückwärtigen Ende 18 ein Gegengewicht 19. Die Spiralen 12 und 13 bestehen aus Bimetallstreifen. Bei Temperaturänderungen dehnen sie sich aus oder ziehen sich zusammen. Die Spirale \2 grenzt an den Vorwärmer und wird durch dessen Strahlung beeinflußt. Sie hat einen fest angeordneten Mittelpunkt. Die andere Spirale 13 dagegen wird nur von der Lufttemperatur im Gehäuse beeinflußt. Sie ist nämlich vor der Strahlung des Vorwärmers durch einen Schirm 20 geschützt. Ihre beiden Enden können sich bewegen. Daher werden Temperaturänderungen der Luft durch eine Bewegung des Querriegels 14 ausgeglichen, und der Arm 17 wird wegen der Differenzial- oder iKömpensationswirkung der beiden Spiralenai2 und 13 nur durch die vom Vorwärmer ausgestrahlte Wärme beeinflußt. Dalbei führt er eine Drehung im Winkel aus.

Jeder Vorwärmer enthält einen gestanzten Metallwiderstand. Dieser ist z. B. zwischen Glimmerscheiiben eingeschlossen und wird von den Schenkeln eines Dreibeins"2i3 gehalten. Es ist auf einem runden Schild 25 angebracht, das mit einer Niet 26 auf einer zweiten Querschiene 24 befestigt ist. Der Schild 25 hält jegliche Strahlung von der Rückseite der Vorwärmers auf und verhindert dadurch eine Einwirkung der Strahlung auf die Spiralen der zunächst liegenden Einheit.

Die drei koaxialen Werke A, B und C sind auf besonderen Isolierstützen 21 im Gehäuse 27 befestigt mittels Querschienen 16, die an U-förmigen Stanzteilen 76 befestigt isind. Das Gehäuse 27 hat eine abnehmbare Haube 28 mit einem durchsichtigen Fenster 29. Es ermöglicht die Besichtigung des Gehäuseinnern. Die Haube 28 und zwei Vorwärmer 11 sind in Fig. 1 nicht dargestellt. Die beiden Anzeigeskalen 40, 48 sind teilweise weggelbrochen gezeichnet, um die Einzelheiten in ihrer Nähe zu zeigen. Je ein Leitungspaar 30 verbindet jeden Vorwärmer 11 mit den Klemmen 31 am Boden des Gehäuses. Darunter sind die Klemmen durch Leitungen 32 mit kerngesättigten Transformatoren verbunden. Deren Primärwindungen haben mehrfache Anzapf ungen 22 und sind an mehrere Klemmen 34 angeschlossen. Sie können wahlweise mit Hauptstromtransformatoren an die entsprechenden Phasen der Hauptzuführungsleitung angeschlossen werden, wie nachstehend ausgeführt ist. Entsprechend den Stromstärken in den Phasenleitungen verursachen die Vorwärmer ία Winkelbewegungen der Kontaktarme 17 in parallelen Ebenen quer zu der gemeinsamen Achse der drei Werke A, B und C. Diese Arme sind mit besonderen Kontakten und Gegenkontakten versehen, die paarweise miteinander schalten, wenn sie z. B. den Steuerstromkreis für die Auslösespule eines Schaltschützen schließen sollen. Solange al>er diese Arme annähernd ihre normale Stellung zueinander haben, d. h. solange die Ströme in den drei Phasen innerhalib vorbestimmter Grenzen bleiben, schalten die Kontakte und Gegenkontakte auf den drei Armen nicht. Dann wird auch das Schaltschütz nicht betätigt.

Das Maß der relativen Winkelbewegung, die zulässig ist, bevor die Kontakte und Gegenkontakte schalten, wird vorzugsweise in folgender Weise l>estimmt: Der mittlere !Kontaktarm, der nachstehend mit \y^b !bezeichnet ist, ist mit zwei Kontaktpaaren versehen, die mit den Gegenkontakten der beiden äußeren Arme 17" und iy^c schalten. Jeder Arm 17° und iy^c schwingt zwischen einem Paar der mittleren Kontakte. Sie haben einen Abstand voneinander, damit die zulässige relative Winkelbewegung stattfinden kann. Wie die Fig. 1 und 4 am ioo besten zeigen, ist der mittlere Kontaktarm 17* zu dem Zweck mit einer leitenden Brücke 35 versehen. Sie erstreckt sich parallel zu der gemeinsamen Achse der drei Werke A, B und C. Die Brücke wird aus zwei parallelen Stegen gebildet, die durch einen Gitterrahmen oder eine Kreuzverstrebung auseinandergehalten werden. Die vorstehenden Stegenden der Brücke halben auf den sich gegenüberliegenden Stegflächen Kontakte 37. Die beiden äußeren Kontaktarme 17^s und iy^c reichen in die Aussparungen der entsprechenden Brückenenden. Jeder Arm hat zwei entgegengesetzt gerichtete Gegenkontakte 38. Damit kann er auf einen der einwärts gerichteten Kontakte 37 am Brückenende schalten, je nach der Richtung der relativen Bewegung der verschiedenen Arme. Um die Kontakte 37 und 38 einzuchalten, mag das Maß der relativen Winkelbewegung beispielsweise io° betragen. Das würde einer Entfernung der Brückenstege von ungefähr 12,7 mm ntsprechen, wenn die Kontaktarme ungefähr 50,8 mm lang sind. Aber die Entfernung der Brückenstege umd die anderen Dimensionen können offensichtlich je nach Wunsch geändert werden. Die Brückenkontakte 37 könnten auch auf einstellbaren Schrauben od. dgl. angebracht sein, um die relative Winkelbewegung zu verändern. Dal>ei könnte der

Abstand zwischen den Kontakten 37 zur Anpassung an die Betriebsbedingungen auf jedem oder nur einem Paar verändert werden.

Der mittlere Kontaktarm 17* oder die daran leitend befestigte Brücke 35 kann mit einem Zeiger 39 versehen sein, der sich über einer zylindrischen Skala 40 Ixnvegt. Sie ist so eingeteilt, daß sie" die prozentuale Belastung anzeigt, mit der der Motor oder das geschützte Aggregat jeweilig betrieben wird. Auf der Skala könnte beispielsweise eine Überlastung bis zu 50 °/o vermerkt sein.

Das Ausschalten bei Überbelastung wird durch die gleiche Spule des Schaltschützen in folgender Weise erreicht: Es werden ein anderer Kontakt41 auf der Vorderkante der Brücke 35 und ihm gegenüber ein feststehender Gegenkontakt 42 angebracht. Dieser ist mit dem gleichen Pol der Steuerleitung wie die äußeren Kontaktarme 17" und iy^c verbunden. Die Berührung dieser beiden Kontakte 41 und 42 schließt den Steuerstromkreis, wenn der mittlere ' Arm 17'' nach einer Winkelbewegung eine Grenzstellung erreicht, die dem Maximum der zulässigen Überlastung entspricht. Dieses Maximum kann dadurch verändert werden, daß der feststehende Gegenkontakt 42 auf einem verstellbaren Hebel 43 befestigt wird, der drehbar auf der Stange 15 des Werkes A angeordnet ist. Der Hebel wird mittels eines Knopfes 44 eingestellt, der drehbar auf einer Schraube 45 sitzt, welche in einem bogenförmigen Schlitz 46 einer festen Platte gleitet. Er kann in jeder Lage seiner Einstellung durch Reibung festgehalten werden, wenn der Knopf 44 auf der Platte 47 festgeklemmt wird. Eine mit der prozentualen Überlastung bezeichnete Skala 48, z. B. bis zu 50 °/o, ist neben dem Hebel 43 befestigt. Ein Zeiger 49 am Hebel zeigt auf der Skala48 bei jeder Einstellung die zulässige Überbelastung an, bei der die Kontakte 41, 42 zur Berührung kommen und dabei das Schaltschütz auslösen.

• 40 Fig. 4 zeigt das Schaltschema. Danach sind die drei Phasen der Stromzuführung mit 51, 52, 53 und der Hauptschalter mit 54 bezeichnet. Er kann durch eine Feder 74 geöffnet werden, wird aber in eingeschaltetem Zustand durch eine Klinke 75 festgehalten, die unabhängig von einer Magnetspule 55 zu betätigen ist. Die Phasenleitungen 56, 57, 58 gehen vom Hauptschalter 54 zu den Klemmen 59, 60, 61 des geschützten Apparates oder Motors, der hier nicht dargestellt ist. Sie sind über die Primärwindungen der Hauptstromtransformatoren 62, 63, 64 geführt.

Ihre Sekundärwindung«! sind an die veränderlichen Anzapfungen 22 der Primärwindungen der Transformatoren 33 angeschlossen. Deren Sekundärwindungen sind durch die Leitungen 32", 32* und 32^C an die Anschlußstellen der Vorwärmer ii", ii^ft und ι i^c geführt. Ein Abwärtstransformator 65 wird durch die Leitungen 66, 67 aus zwei Hauptphasen gespeist. Seine Sekundärseite ist einerseits durch die Leitung 68 ül>er die Auslösespule 55 und die davon abgehende Leitung69 mit dem mittleren Kontaktarm 17* verbunden, an den die Brücke 35 j und ihre Kontakte 37, 41 leitend angeschlossen sind, ι Andererseits ist die Sekundärseite des Transformators 65 durch die Leitung 70 und die Abzweigungen 71, 72 mit den 'äußeren Kontaktarmen Vj", ij^c und dem stationären Kontakthebel 43 verbunden.

Die verschiedenen Anzapfungen 22 auf der Primärseite jedes Transformators 33 dienen dazu, die Anpassung des Stromes in der Sekundärwicklung, welche den zugehörigen Vorwärmer 11 speist, an den Vollaststrom der entsprechenden Phase des Motors oder des sonst geschützten Gerätes zu erleichtern. In vielen Fällen entsprechen nämlich die Vollastströme des Motors nicht genau dem normalen Übersetzungsverhältnis des Stromtransformators. Dann wird überlicherweise für den Motorschutzhalter ein Stromtransformator mit dem nächsthöheren Übersetzungsverhältnis genommen. In solchen Fällen wind durch die Wahl der geeigneten Anzapfung am Transformator 33 mit Sicherheit erreicht, daß die Charakteristiken und die Einstellung des Relais im wesentlichen unverändert bleiben. Für diesen Zweck wird eine der von der Sekundärseite des Hauptstromtransformators 62, 63 oder 64 abgehenden Leitungen 73 mit einer dafür ausgewäihlten Anzapfung des Transformators 33 verbunden und das gewünschte Übersetzungsverhältnis hergestellt, um das einzelne Heizelement zu speisen. Diese Vorkehrung ist für den erfolgreichen Betrieb des Relais wichtig, denn seine Wirkung beruht auf den engen Verhältnissen zwischen den Strömen in den Vorwärmern und den Vollastströmen in den Motorphasen.

Solange der iMotor im Betrieb nicht überbelastet ist und die Phasen im wesentlichen gleichmäßig belastet sind, behalten die Kontaktarme 17 ihren normalen Zwischenraum zwischen den Kontakten 37, 38 und bleiben die Kontakte 41, 42 getrennt. Der Steuerkreis der Auslösespule 55 ist daher in diesen Kreisen unterbrochen, und der Schalter 54 bleibt geschlossen. Bei schwer unsymmetrischen Belastungen, z. B. beim einphasigen Lauf des Motors, heizt die stärker belastete Phase den entsprechenden Vorwärmer 11 stärker, während die leichter belastete oder unterbrochene Phase den mit der Phase verbundenen Vorwärmer weniger oder gar nicht heizt. Infolgedessen erreichen die Winkeilbewegungen der drei Kontaktarme 17 nach dem Ablauf des Schaltverzuges, den solche thermische Geräte haben, verschiedene Werte. Die Kontakte 37, 38 auf der einen oder der anderen Seite kommen dabei miteinander in Berührung, dabei schließt der Steuerstromkreis, und zwar vom Transformator 65 über den Leiter 70 zu einem der äußeren Kontaktarme 17", j?^c, dann über die Kontakte 37, 38 und den mittleren Kontaktarm 17^s. Von hier aus verläuft der Stromkreis über die Leitung 69 durch die Auslösespule 55 in die Leitung 68 zurück zum Transformator 65. Der Stromfluß in der Auslösespule 55 bewirkt ein Zurückziehen ihrer Klinke 75. Dadurch wird die Spannung der Feder 74 aufgehoben und der Hauptschalter 54 unmittelbar geöffnet. Der gleiche Effekt tritt, was 'beiläufig erwähnt wird, unabhängig davon ein, wenn einer der äußeren Kontaktarme 17" und iy^c mit seinem Kon-

takt 38 einen der Kontakte -37 auf der Brücke berührt, die mit dem mittleren Kontaktarm verbunden sind.

Wenn der Motor auf zwei oder mehr Phasen überbelastet ist, schließt sich der Steuerkreis ebenfalls. Dann schließt die Brücke35 ,gewöhnlich ihren vorderseitigen Kontakt 41 mit dem stationären Kontakt 42 des Hebels 43, der an die Leitung 72 angeschlossen ist. Im übrigen sind die Schaltvorgänge die gleichen wie sie schon für die unsymmetrische Belastung dargestellt sind.

Die Stromtransformatoren 33 haben vorteilhafterweise solche Magnetkerne, die bei oder etwas oberhalb der normalerweise zulässigen Überlastungsströme gesättigt sind. Bei einem mit dem Gerät geschützten Motor beispielsweise kann dann der Anlauf strom zeitweilig die obere zulässige Belastungsgrenze überschreiten, ohne dadurch ein vorzeitiges Abschalten zu bewirken, denn das verhältnismäßig kurze Anwachsen der Sekundärströme, mit denen die Vorwärmer 11 dann kurzzeitig versorgt werden, ruft keine übermäßige [Winkelbewegung der Kontaktarme 17 in dieser wegen des Schaltverzuges der Vorwärmer zulässigen Zeitspanne hervor.

Verständlicherweise ist die Erfindung auf die Anwendung der verbesserten Relaisapparaturen für den hier beispielsweise angegebenen Zweck nicht begrenzt. Sie kann auch mit Vorteil benutzt werden, um irgendwelche Stromkreise gleichmäißig zu belasten, die paarweise oder zu mehreren miteinander verbunden werden. Das Gerät kann ferner ohne den Überlastungsauslöser oder -abschalter mit seinen Schaltkontakten 41, 42 gebaut werden.

Claims (9)

Patentansprüche·.

1. Elektrothermischer Selbstausschalter oder Schutzapparat für elektrische Mehrphasenkreise mit temperaturkompensierten Birnetallelementen, von denen jedes Element auf einen Kontaktarm einwirkt, je einer Phasenleitung zugeordnet ist und durch ihre Belastung 'beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktarme um koaxiale Lagerstellen und in Abhängigkeit von der Phasenbelastung so drehbar angeordnet sind, daß die Kontakte und ihre Gegenkontakte bei annähernd gleicher Phasenbelastung voneinander getrennt sind, sich alber bei ungleichmäßiger Belastung oder Überlastung berühren, sobald sich ein Arm um einen vorbestimmten Winkel gedreht hat.

2. Schalter oder Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kontakt auf einem Kontaktarm einem stationären Überlastungsgegenkontakt derart zugeordnet ist, daß sich diese beiden Kontakte schließen, wenn die Winkeldrehimg dieses Kontaktarmes einen gegebenen Wert übersteigt.

3. Schalter oder Apparat nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Überlastungskontakt, der auf denjenigen Wert einstellbar ist, bei dem der Apparat abschalten soll.

4. Dreiphasenschalter oder -apparat nach Anspruch I, bei dem drei drehbare Kontaktarme mit koaxialen Lagerstellen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Arm eine leitende Brücke parallel zur gemeinsamen Achse trägt und die Brückenenden zwei Kontaktpaare als Gegenkontakte zu Kontakten auf den äußeren drehbaren Kontaktarmen haben, von denen jeder zwischen einem Paar von Mittelarmkontakten pendelt, die so weit gespreizt sind, daß sie die vorgesehene 'Winkelbewegung ermöglichen.

5. Schalter oder Apparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Mittelarmkontakte in seinem Abstand zum Gegenkontakt verstellbar ist.

6. Schalter oder Apparat nach Anspruch '2 oder 3 und Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem stationären Überlastungskontakt ein Gegenkontakt auf der Brücke zugeordnet ist.

7. Schalter oder Apparat gemäß Anspruch 3 und 4, 5 oder 6 mit drei in einem Gehäuse koaxial angeordneten Kontaktarmen, drei temperaturkompensierten Bimetallwerken und den entsprechenden Heizeinridhtungen, gekennzeichnet durch eine von außen sichtbare Skala zur Anzeige der jeweiligen Belastung mittels eines auf der leitenden Brücke angebrachten Zeigers und einer zweiten sichtbaren Skala, welche die zulässige Überlastung mit einem auf dem Uberlastungskontakt justierten Zeiger anzeigt.

8. Schalter oder Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmittel durch Transformatoren gespeist werden, welche mit veränderlichen Anzapfungen versehen sind, um damit die Heizströme den Belastungsströmen des geschützten oder kontrollierten Apparates anzupassen.

9. Schalter oder Apparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatoren Magnetkerne haben, welche bei oder etwas über den normalen Überlastungsströmen gesättigt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 5498 11.52