DE1085601B - UEberstromausloeser mit temperaturabhaengigen Bauelementen - Google Patents

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DES DEUTSCHEN

PATENTAMTES

Die Erfindung bezieht sich auf Schaltungsanordnungen für Überstromauslöser. Solche Überstromauslöser dienen in Verbindung mit Magnetschaltern oder Schützen dazu, die angeschlossenen Verbraucher gegen zu hohe Stromaufnahme zu schützen. Bei zu hoher Stromaufnahme spricht der Überstromauslöser an und schaltet durch Unterbrechung des Zugspulenkreises das Schütz ab, wobei die Hauptkontakte des Schützes den Verbraucher vom Netz trennen. Wichtig ist hierbei, daß ein Schutz gegen eine lang dauernde, nur wenig über der Nennlast liegende Überlastung gewährleistet ist, wie diese z. B. bei Motoren auftreten kann. Hierbei würde sich der Motor in zunehmendem Maße über seine zulässige Dauertemperatur hinaus erwärmen, und seine Isolation würde Schaden erleiden.

Es ist bekannt, solche Überstromauslöser in Form von Bimetallauslösern zu bauen. Hierbei wird ein Bimetallstreifen mittelbar oder unmittelbar von dem zu überwachenden Strom erwärmt und krümmt sich durch. Bei entsprechend starker Krümmung wird ein Kontakt betätigt, welcher den Zugspulenkreis des Schützes unterbricht und dasselbe zum Abfallen bringt. Nachteilig ist, daß solche Bimetallauslöser besonders bei der meist üblichen dreiphasigen Ausführung eine große Anzahl von mechanisch bewegten Teilen besitzen, deren Fertigung mit Rücksicht auf die erforderliche hohe Genauigkeit sehr schwierig ist. Weiterhin ist nach der Montage noch eine zusätzliche Justage erforderlich, um sicherzustellen, daß alle in den einzelnen Phasen liegenden Bimetallauslöser bei etwa gleichen Strömen abschalten. Nachteilig ist ferner, daß bei starken Erschütterungen die Gefahr eines Auslösens besteht bei zu kleinen Stromwerten.

Die Erfindung betrifft Lösungen, bei denen solche Überstromauslöser ganz ohne die Verwendung von mechanisch aufeinander einwirkenden Teilen gebaut werden können. Es kommen dabei fast ausschließlich ruhende, elektronische Bauteile zum Einsatz; nur das Auftrennen des Zugspulenstromkreises erfolgt beim Eintreten des Störungsfalles zweckmäßigerweise durch ein einfaches Hilfsrelais.

Durch den Fortfall der bisher erforderlichen mechanisch bewegten Teile hoher Präzision wird die Fertigung und Justage von Überstromauslösern gemäß der Erfindung wesentlich vereinfacht und verbilligt. Im Betrieb sind solche Auslöser unempfindlich gegen Erschütterungen.

Erfindungsgemäß werden diese Vorteile dadurch erreicht, daß bei Überstromauslösern für ein- oder mehrphasige Magnetschalter und Schütze mit in den zur Überwachung vorgesehenen Stromkreisen eingeschalteten Widerständen mit diesen Widerständen temperaturabhängige elektrische Bauelemente wärmeüb er stromauslö s er
mit temperaturabhängige]! Bauelementen

Anmelder:

Kupfer-Asbest-Co. Gustav Bach,

Heilbronn/Neckar-Sontheirn,

Kreuzäckerstr. 6

Richard Heinrich, Heilbronn/Neckar,

und Hermann Sturm, Horkheim über Heilbronn/Neckar,

sind als Erfinder genannt worden

mäßig derart gekoppelt sind, daß bei steigendem Strom eine Aufheizung dieser temperaturabhängigen Bauelemente erfolgt, wobei die temperaturabhängigen Bauelemente zusammen mit nicht temperaturabhängigen Widerständen vorzugsweise in Form einer Brückenschaltung miteinander verbunden sind, und daß Transistoren an den Brückenausgang geschaltet sind, welche bei Verstimmung der Brücke unmittelbar oder mittelbar eine Abschaltung des oder der zu überwachenden Stromkreise bewirken, wobei der Speisestrom für die Transistoren über den Brückenwiderstand geführt wird. Von den Transistoren wird, eventuell unter Zwischenschaltung eines weiteren-zur Verstärkung dienenden Transistors, ein Hilfsrelais ausgesteuert, dessen Kontakt bei Auftreten einer Überlastung den Zugspulenstromkreis unterbricht.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist es auch möglich, zur Aussteuerung der Transistoren Bauelemente einzusetzen, welche bei Erwärmung eine Thermospannung abgeben. Bei Einsatz solcher Thermoelemente ist es zweckmäßig, die sogenannte Kaltlötstelle auf ein Temperaturniveau zu legen, das der, Umgebungstemperatur des Überstromauslösers entspricht. Dadurch kann auf einfache Weise eine Kompensation des Einflusses einer wechselnden Umgebungstemperatur auf die Auslösewerte erreicht werden.

Um bei langsam verlaufender Überlastung trotzdem ein schlagartiges Ansprechen der Überwachungseinrichtung zu erzielen, ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, den Speisestrom für die Transistoren über den Brückenwiderstand zu führen. Bei Beginn des Auslösevorgangs ergibt die Änderung des durch den Brückenwiderstand fließenden Speisestromes eine Potentialverschiebung an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors in dem Sinne, daß der Auslösevorgang beschleunigt wird.

009 567/25+

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Bei mehrphasigen Überstromauslösern läßt sich Motor 1 und Netzklemme 5. Mit dem Widerstand 7 gemäß der Erfindung eine Vereinfachung und Ver- ist wärmemäßig gekoppelt der temperaturabhängige billigung dadurch erzielen, daß für alle Phasen nur Widerstand 16, welcher zusammen mit den Widerein gemeinsamer Transistorteil mit Hilfsrelais vor- ständen 17,18 und 19 eine Brückenschaltung bildet, handen ist. Die von den temperaturempfindlichen Bau- 5 Hierbei liegen die Verbindungspunkte Widerstand 16-elementen in Abhängigkeit von den zu überwachenden Widerstand 18 sowie Widerstand 17-Widerstand 19 Strömen gelieferten Spannungen gelangen hierbei an einer Speisespannung, welche im vorliegenden gemeinsam zum Steuerkreis eines Transistors; sie Falle durch Gleichrichtung und Siebung mittels sind jedoch gegenseitig durch Dioden entkoppelt, so Gleichrichter 15 und Kondensator 35 einer der Zweitdaß nur die jeweils höchste Spannung eine Aus- io wicklung 14 der Schützspule 3 entnommenen Wechselsteuerung des Transistors bewirkt. spannung gewonnen wird. Der Verbindungspunkt

Auf einfache Weise kann gemäß der Erfindung bei Widerstand 16-Widerstand 17 ist mit dem Basismehrphasigen Überstromauslösern auch ein Schutz anschluß des Transistors 8 verbunden, der Verbingegen ungleichmäßige Belastung erzielt werden, wie dungspunkt Widerstand 18-Widerstand 19 ist mit den eine solche z. B. bei Einphasenlauf von Motoren auf- 15 Emitteranschlüssen der Transistoren 8 und 10 vertreten kann. Durch Anordnung der temperatur- bunden. Ein Abgleich der Brücke und damit eine empfindlichen Bauelemente in Differentialschaltung Einstellung des Auslösestromes kann mittels des kann erreicht werden, daß bei einer solchen ungleich- Widerstandes 18 vorgenommen werden,
mäßigen Phasenbelastung ein Auslösen schon bei Bei Betrieb des Überstromauslösers erwärmt zu-Strömen unterhalb des Nennstromes erfolgt. 20 nächst der vom zu überwachenden Strom durch-

Die Stromversorgung des Überwachungsteiles eines flossene Widerstand 7 den temperaturabhängigen

solchen Überstromauslösers kann erfindungsgemäß Widerstand 16, welcher mit zunehmender Erwärmung

auf einfache Weise dadurch erfolgen, daß auf der seinen Widerstandswert verändert, z. B. im vor-

Schützspule eine Zweitwicklung angebracht ist, deren liegenden Falle verkleinert. Der Abgleich der Brücke

Wechselspannung gleichgerichtet und gesiebt wird. 25 erfolgt nun zweckmäßigerweise so, daß bei Fließen

Oftmals ist es wünschenswert, Überstromauslöser des Nennstromes die Brücke abgeglichen ist. Steigt

in ihrer Auslösecharakteristik an die Erfordernisse der zu überwachende Strom über diesen Wert an, so

der angeschlossenen Verbraucher anzupassen. Be- wird Widerstand 16 niederohmiger und verstimmt

sonders besteht eine solche Forderung bei Motor- dadurch die Brücke, d. h. am Brückenausgang tritt

antrieben. 30 eine Spannung auf, deren Polung so ist, daß der

Gemäß der Erfindung läßt sich dies sowohl durch Minuspol am Basisanschluß des Transistors 8 liegt. Maßnahmen im elektronischen Teil als auch im Damit wird die Emitter-Kollektor-Strecke des Tranthermischen Teil durchführen. So kann z. B. durch sistors 8 vom Sperrzustand in den leitenden Zustand regelbare Einstellwiderstände eine leichte Einstellung versetzt und infolgedessen der Basisanschluß des des erforderlichen Auslösestromes erfolgen. Weiter- 35 Transistors 10 auf Emitter-Potential gelegt. Damit hin können Verzögerungsglieder im Steuerstromkreis wird eine Sperrung der Emitter-Kollektor-Strecke der Transistoren, bestehend z. B. aus einstellbarem des Transistors 10 bewirkt, wodurch Hilfsrelais 11 Längswiderstand und Querkondensator, eine einstell- abfällt und mit seinem Kontakt 12 den Stromkreis bare Ansprechverzögerung bewirken. Auch ist es der Zugspule 3 unterbricht; das Schütz fällt ab. Die möglich, den thermischen Kreis, gebildet aus dem im 40 Führung des vom Pluspol des Gleichrichters 15 fliezu überwachenden Stromkreis liegenden Widerstand ßenden Speisestromes für den Transistor 10 über den und den damit wärmemäßig gekoppelten temperatur- Brückenwiderstand 19 bringt den Vorteil mit sich, empfindliehen Bauteilen, durch mechanische Einstell- daß bei Einleitung des Auslösevorganges und der daglieder, z. B. hinsichtlich seiner Erwärmungszeit- mit verbundenen Stromabnahme im Emitter-Kollekkonstanten, zu verändern. 45 tor-Kreis des Transistors 10 der Emitteranschluß des

Einige Ausführungsbeispiele von Überstromaus- Transistors 8 ein zunehmend positives Potential lösern nach der Erfindung sind in der Zeichnung in gegenüber seinem Basisanschluß erhält, d. h. Tran-Form von Schaltbildern wiedergegeben und nach- sistor 8 wird damit stärker in den leitenden Zustand stehend noch etwas näher erläutert. versetzt und versetzt seinerseits den Transistor 10

Fig. 1 zeigt einen einphasigen Überstromauslöser, 50 immer mehr in den Sperrzustand. Dies bewirkt in bei welchem die Aussteuerung der ein Hilfrelais vorteilhafter Weise einen plötzlichen Ablauf des Aussteuernden Transistoren mittels eines in einer Iösevorganges.

Brückenschaltung liegenden temperaturabhängigen Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dient eine

Widerstandes bewirkt wird; vom Widerstand 7 beheizte Thermoelementanordnung

Fig. 2 zeigt einen einphasigen Überstromauslöser, 55 36 zur Aussteuerung des Transistors 8. Die Thermo-

bei welchem eine Aussteuerung der Transistoren elementanordnung besteht zweckmäßigerweise aus

durch Thermoelemente erfolgt, welche in einer mehreren in Serie geschalteten Einzelelementen, bei

Brückenschaltung liegen; welchen eine Seite der Lötstellen wärmemäßig mit

Fig. 3 zeigt einen dreiphasigen Überstromauslöser Widerstand 7 verbunden ist, wogegen die andere

mit einem zentralen Steuerteil, 60 Seite der Lötstellen auf der Umgebungstemperatur

Fig. 4 einen dreiphasigen Überstromauslöser mit des Überstromauslösers gehalten wird. Die bei Erzentralem Steuerteil und Differentialauslösung. wärmung -durch. -, den Widerstand 7 auftretende

Fig. 1 zeigt einen Überstromauslöser in Verbindung Thermospannung der Thermoelemente bewirkt eine

mit einem Schütz zur Überwachung eines vom Netz Verstimmung der Brücke und führt bei Überschreiten

gespeisten Motors 1. Hierbei ist 2 der Schützkontakt, 65 des eingestellten Nennstroms zum Ansprechen der

3 ist die Zugspule des Schützes. In bekannter Weise Überwachungseinrichtung und damit zum Auslösen

wird durch Drücken des Einschalttasters 4 der Schütz- des Schützes.

Spulenstromkreis geschlossen und das Schütz zum An- Durch einen, in die Basiszuleitung eingeschalteten

ziehen gebracht. Vom Netz fließt nunmehr ein Strom einstellbaren Längswiderstand in Verbindung mit dem

über Netzklemme 6, Schützkontakt 2, Widerstand 7, 70 nachgeschalteten Querkondensator kann das An-

sprechen des Überstromauslösers einstellbar verzögert werden. Die Schaltung gemäß Fig. 2 stellt nur eines der möglichen Schaltungsbeispiele dar. Es kann z. B. auch von Vorteil sein, Thermoelemente in den Zweig einer Brücke einzufügen, um die mit einer Brückenschaltung verbundenen Vorteile zu erreichen.

In Fig. 1 und 2 sind aus Gründen der einfacheren Darstellung nur Überstromauslöser mit einphasiger Überwachung dargestellt. Es ist grundsätzlich jedoch auch möglich, durch solche Anordnungen nach Fig. 1 und 2 in jeder Phase auch Überstromauslöser mit mehrphasiger Überwachung zu bauen. Bei mehrphasigen Überstromauslösern ist es jedoch gemäß Fig. 3 auch möglich, eine wesentliche Vereinfachung und Verbilligung dadurch zu erzielen, daß für alle Phasen nur ein gemeinsamer Steuerteil, bestehend aus den Transistoren 8 und 10 sowie Hilfsrelais 11 und Widerständen 9,18, 19 und 27 vorhanden ist. Hierbei stellen die Widerstände 18 und 19 die eine Seite der Brückenschaltung dar, wogegen als andere Brückenseite jeweils die den einzelnen Phasen zugeordneten Widerstände 16 und 17, 20 und 21 sowie 22 und 23 dienen.

An den Verbindungspunkten der den einzelnen Phasen zugeordneten Widerstände liegen als Verbindung zum Basisanschluß des Transistors 8 die Dioden 24,25 und 26. Diese Dioden bewirken das gegenseitige Entkoppeln der den einzelnen Phasen zugeordneten Brückenseiten. In Verbindung mit dem Querwiderstand 27 bringt die Einschaltung solcher Dioden noch den Vorteil mit sich, daß infolge des nicht linearen Verhaltens der Dioden sich im Auslösebereich eine verstärkt ansteigende S teuer spannung am Basisanschluß des Transistors 8 ergibt.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 sind gegenüber der Anordnung entsprechend der Fig. 3 noch zusätzliche temperaturempfindliche Widerstände 30, 31 und 32 in Serie mit den Widerständen 23,17 und 21 in die Brückenzweige eingeschaltet.

Die Aufheizung derselben erfolgt jedoch in Abhängigkeit vom Strom der jeweiligen Nachbarphase. Das bei gleichmäßiger Phasenbelastung bei Nennstrom vorhandene Brückengleichgewicht wird jedoch bei Ausfall einer Phase dadurch gestört, daß nun einer der Differentialwiderstände 30, 31 oder 32 kalter wird und seinen Widerstandwert vergrößert. Dies bringt eine Brückenverstimmung mit sich und bewirkt eine sichere Abschaltung des Schützes, z. B. bei Einphasenlauf eines Drehstrommotors schon bei Strömen, die unterhalb des Nennstromes liegen.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   ten Widerständen, dadurch gekennzeichnet, daß mit diesen Widerständen (7) temperaturabhängige elektrische Bauelemente (16) wärmemäßig derart gekoppelt sind, daß bei steigendem Strom eine Aufheizung dieser temperaturabhängigen Bauelemente erfolgt, wobei die temperaturabhängigen Bauelemente zusammen mit nicht temperaturabhängigen Widerständen (17,18,19) vorzugsweise in Form einer Brückenschaltung miteinander verbunden sind, und.daß Transistoren (8,10) an den Brückenausgang geschaltet sind, welche bei Verstimmung der Brücke unmittelbar oder mittelbar eine Abschaltung des oder der zu überwachenden Stromkreise bewirken, und daß der Speisestrom für die Transistoren (8, 10) über den Brückenwiderstand (19) geführt wird.
2. 2. Überstromauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als temperaturabhängige Bauelemente temperaturabhängige Widerstände (16) Verwendung finden.
3. 3. überstromauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als temperaturabhängige Bauelemente Thermoelemente (36) Verwendung finden.
4. 4. Überstromauslöser nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Schützen mit mehrphasiger Stromüberwachung durch Anordnung der die Aussteuerung der Transistoren (8,10) bewirkenden temperaturabhängigen Bauelemente (30,16 bzw. 31, 20 bzw. 32, 22) in Differentialschaltung bei ungleichmäßiger Belastung der einzelnen Phasen voneinander eine Abschaltung bei Stromwerten bewirkt wird, die unter dem Sollauslösewert liegen (Fig. 4).
5. 5. Überstromauslöser nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Schützen mit mehrphasiger Stromüberwachung ein zentraler Transistorteil (8,10) vorhanden ist, der von jedem der einzelnen Leitungszweige unabhängig voneinander ausgesteuert wird.
6. 6. Überstromauslöser nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannung zum Betrieb der Auslöseeinrichtung einer Zusatzwicklung (14) der Schützspule (3) entnommen wird.
7. 7. Überstromauslöser nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kenndaten des thermischen Kreises und/oder die Kenndaten des elektrischen Kreises durch einstellbare Bauelemente verändert werden können, so daß die Einstellung verschiedener Auslösekennlinien möglich ist.

   1. Überstromauslöser für ein- oder mehrphasige In Betracht gezogene Druckschriften:

   Magnetschalter und Schütze mit in den zur Über- Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 009 702, 1 050 439.

   wachung vorgesehenen Stromkreisen eingeschalte- 55 1 011 059.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   ©1 009 567/254 7.60