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Elektrisches Schaltgerät zur Steuerung von Stromkreisen in Abhängigkeit
sehr kleiner Ströme Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Schaltgerät
zur Steuerung von Stromkreisen in Abhängigkeit sehr kleiner Ströme, insbesondere
für eine Anordnung zur überwachung der Temperatur von Maschinen und Geräten, mit
einem Halte- oder Sperrmagneten, dessen Anker unter Federbelastung bei Entregung
des Magneten einen Schaltvorgang auslöst. Bei Anordnungen zur überwachung der Temperatur
von Maschinen und Geräten, insbesondere von Wicklungen elektrischer Motoren, werden
heute in zunehmendem Maße als Temperaturmeßfühler Halbleiterelemente, z. B. Oxydheißleiter,
verwendet, die in gutem Wärmekontakt mit den Wicklungen bzw. den zu überwachenden
Teilen stehen. Da solche Fühler keine unmittelbare Anzeige, z. B. in Form einer
Kontaktgabe, ermöglichen, müssen sie mit entsprechenden, die Änderung der Widerstandswerte
der Meßfühler umfassenden Einrichtungen zusammengebaut werden. Zur Erfassung der
Widerstandsgrößen werden meist Meßbrücken benutzt, die sich durch hohe Ansprechempfindlichkeit
auszeichnen. Bei den bekannten Ausführungen dieser Art liegen in dem Diagonalzweig
der Brücke Schaltgeräte, z. B. Relais od. dgl., die bei einer für die zu überwachenden
Geräte vorgegebener Temperatur eine Abschaltung des Gerätes bzw. der Maschine bewirken.
Entsprechend dem Leistungsbedarf der bekannten Relais müssen als Wärmefühler wärmeempfindliche
Widerstandselemente verwendet werden, die einen hohen Leistungsumsatz zulassen.
Solche Meßfühler haben aber den Nachteil, daß sie eine große Wärmeschranke und Wärmekapazität
besitzen, die Anordnung somit träg und unempfindlich machen, so daß kein optimaler
Schutz für das zu schützende Objekt geboten ist. Um empfindliche Meßfühler verwenden
zu können, ist man daher dazu übergegangen, dem Relais einen Verstärker vorzuschalten.
Solche Geräte sind aber nicht nur teuer. sie bringen auch eine gewisse Unsicherheit
infolge der Vielzahl der verwendeten Elemente mit sich.
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Um die Betriebssicherheit und die Ansprechempfindlichkeit der Anordnung
zu erhöhen, wurde bereits vorgeschlagen, zur Erfassung der in dem Diagonalzweig
der Meßbrücke auftretenden Potentialänderung einen als Schalt-, Anzeige- oder Steuergerät
ausgebildeten elektromagnetisch auslösbaren Kraftspeicher in Form eines Halte- oder
SperrTnagneten zu verwenden. Solche Geräte kommen mit einer unverhältnismäßig kleinen
Energie als Ansprechleistung aus, die um Größenordnungen kleiner ist als die der
handelsüblichen Relais, so daß man auf die sehr teueren Verstärker verzichten kann.
Sie besitzen einen unter der Wicklung einer Feder stehenden Anker, der unter dem
Einfluß einer sehr kleinen Haltekraft so lange auf den Polflächen gehalten wird,
bis durch Aufhebung, Störung oder Löschung der auf den Anker wirkenden Magnetkraft
der Anker freigegeben wird. Eine Eigenart dieser Geräte ist, daß der Anker nur durch
Verwendung zusätzEcher Hilfskräfte in seine Haltestellung zurückgebracht werden
kann. Eine bekannte Ausführungsforin, bei der an Stelle eines mechanisch auf den
Anker des Halte- oder Sperrinagneten wirkenden Aufzuges ein dem Haltemagneten selbst
zugeordneter magnetischer Aufzug verwendet ist, ist für die vorgesehenen Zwecke
wegen der mit dieser Kombination zwangläufig verbundenen Herabsetzung der Ansprechempfindlichkeit
nicht geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Schaltgerät
der beschriebenen Art aufzubauen, das die gestellten Forderungen voll erfüllt und
die Auslöseempfindlichkeit über einen großen Zeitraum aufrechterhält. Das Schaltgerät
nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine von Hand oder über einen Elektromagaeten
mechanisch zu betätigende Aufzugsvorrichtung mit einem Federspeicher, der bei Auslösung
des Magneten im Sinne einer Rückführung des Ankers in die Haltestellung unter Aufrechterhaltung
des ausgelösten Schaltvorganges entladen wird. Hierdurch wird erreicht, daß die
hochempfindlichen Anker- und Magnetpolflächen jeweils nur für sehr kurze Zeit, nämlich
der reien Auslösezeit den Umgebungseinflüssen, insbesondere auch der Feuchtigkeit
ausgesetzt sind, wodurch Korrosion und andere die Betriebssicherheit beeinträchtigende
Einflüsse
ausgeschaltet sind. Gerade diese Einflüsse sind bei einer
anderen bekannten Ausführungsform mit Halte- oder Sperrmagneten für Fehlerstromschutzschalter
nicht voll ausgeschaltet. Als Bewegungskriterium zum Einschalten des Ankers wird
bei dieser bekannten Ausführungsform die Bewegung des Schaltknebels herangezogen.
Eine sofortige unverzügliche Wiederherstellung der EinschaltsteRung ist damit nicht
in jedem Falle gewährleistet.
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Vorteilhaft bildet der Sperr- oder Haltemagnet mit der Aufzugseinrichtung
eine in sich geschlossene Baueinheit. Die Aufzugseinrichtung kann hierbei mit Hilfe
eines Druckknopfes von Hand betätigt werden. In Fällen, wo das Schaltgerät selbst
nicht oder nur sehr schwer zugängig ist, beispielsweise bei automatischen Folgesteuerungen,
ist es angebracht, die Aufzugseinrichtung elektromagnetisch zu betätigen. Die Baueinheit
ist vorzugsweise so ausgebildet, daß der Aufzugsmagnet auf das zu einer Baueinheit
zusammengefaßte Schaltgerät aufgesetzt werden kann.
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In vielen Fällen genügt der Handaufzug allein, so daß auf einen Aufzugmagneten
verzichtet werden kann. Infolge der Kombinationsmöglichkeit des Gerätes mit zusätzlichen
Antriebs- und Steuerteilen kann das Schaltgerät stets den jeweiligen Gegebenheiten
und Bedürfnissen angepaßt werden, ohne daß eine Anderung am Schaltgerät selbst vorgenommen
werden muß.
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An Hand der Zeichnung werden Ausführungsbei-C g
spiele der Erfindung
beschrieben und die Wirkungsweise erläutert.
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In Fig. 1 ist ein Funktionsschema des Schaltgerätes dargestellt.
Mit 1 ist ein Haltemagnet bezeichnet, der eine Erregerwicklung 2 und einen
Anker 3 aufweist. Letzterer ist mit einem Auslösehebel 4 gelenkig verbunden,
der auf einer Welle 5 drehbar gelagert ist. Der Auslösehebel 4 steht unter
der Wirkung einer Feder 6, die ihn im entgegengesetzten Uhrzeigersinn zu
verdrehen versucht. Die Kraft der Feder 6 reicht jedoch nicht aus, um den
auf den Polflächen anhegenden Anker 3 bei erregtem Magnet abzuheben. Bei
satt anliegendem Anker ist der hierfür erforderliche Haltestrom bekanntlich sehr
gering. Wird aus irgendeinem Grunde der Haltefluß unterbrochen, so wird unter der
Wirkung der Feder 6 der Auslösehebel entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn verdreht.
Hierbei wird durch einen Arm 7 des Auslösehebels 4 die einen beweglichen
Kontakt 8 tragende Feder 9 nach oben ausgelenkt, so daß der auf einem
Festkontakt 10 anliegende bewegliche Kontakt 8 abgehoben und an einen
Festkontakt 11 angedrückt wird. Die Kontakte 10 und 11 sind
auf Kontakttr*äger 12 bzw. 13 angeordnet und besitzen Anschlußschrauben 14
bzw. 15.
Der Kontakt 10 ist der eigentliche Schaltkontakt des Gerätes,
während der Kontakt 11 vornehmlich für Anzeige- und Steuerzwecke dienen kann,
wie weiter unten noch ausführlich erläutert werden wird. Das Ende der Kontaktfeder
9 ist bei 16 an einem Trag-oder Haltebügel 16 befestigt, welcher
ebenfalls eine Anschlußschraube 18 besitzt. Sämtliche Tragteile 12,
13, 17 sind in einem in Fig. 1 nicht dargestellten Gehäuse des Schaltgerätes
formschlüssig gehaltert.
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Auf der Welle 5 ist ferner eine unter der Wirkung einer Feder
19 stehende Sperrklinke 20 drehbar gelagert, die zwei Arme 21 und 22 sowie
ein nasenförmiaes Kurvenstück 23 aufweist. Das Kurvenstück 23
bzw.
die Nase 24 wirkt mit einem an der Kontaktfeder 9 mittelbar oder unmittelbar
angebrachten Anschlag 25 zusammen. Mit Hilfe eines Antriebsstößels
26, der in dem nicht dargestellten Gehäusedeckel längsverschieblich gelagert
ist, kann die Sperrklinke 20 unter Zusammendrückung der Feder 19 entgegen
dem Uhrzeigersinn so weit verdeht werden, daß sich der Anschlag 25 vor die
Nase 24 des Sperrhebels 20 legen kann. Bei Freigeben des Antriebsstößels
wird die Sperrklinke im gespannten Zustand durch Anlegen der Nase 24 an den Anschlag
25 der Kontaktfeder gehalten. Diese Stellung ist in Fig. 1 dargestellt;
sie entspricht der Einschaltstellung des Schaltgerätes. In dieser Stellung liegt
der bewegliche Kontakt 8 auf dem Festkontakt 10, so daß eine leitende
Verbindung zwischen den Anschlüssen 14 und 18 hergesetellt ist.
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Die Wirkungsweise des Schaltgerätes ergibt sich wie folgt- Wie zuvor
ausgeführt worden ist, wird die Einschaltstellung des Gerätes nur erreicht, wenn
der Anker 3 an den Polflächen des Haltemagneten anliegt und der Haltefluß
in irgendeiner Weise aufrechterhalten wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
erfolgt dies durch Erregung der Haltewicklung 2. Bei der Verwendung eines Sperrmagneten
wird dies in an sich bekannter Weise durch einen kleinen Dauermagneten erreicht.
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Wird nun der Haltefluß in irgendeiner Weise gestört, so wird der Auslösehebel
4 unter der Wirkung der Feder 6 nach oben bewegt und drückt mit seinem Arm
7 die Feder 9 nach oben, so daß der Kontakt 8
von dem Festkontakt
10 abgehoben und an dem Festkontakt 1-1. angelegt wird. Die Verbindung
zwischen den Anschlüssen 14 und 18 wird hiermit unterbrochen und eine leitende
Verbindung zwischen den Anschlüssen 15 und 18 hergestellt. Beim Anheben
der Kontaktfeder 9 durch den Auslöschebel 4 wird aber auch der Anschlag
25 von der Nase 24 des Sperrhebels 20 weggezogen, so daß sich der Sperrhebel
20 unter der Wirkung der Feder 19 im Uhrzeigersinn drehen kann. Hierbei legt
sich der kurvenförmige Teil 23 des Sperrhebels 20 so vor den Anschlag
25, daß in der Folge die Kontakte 8, 11 geschlossen bleiben, und zum
anderen drückt sein Arm 22 den Auslösehebel 4 unter überwindung der Kraft der Feder
6 so weit nach unten, bis der Anker 3 wieder an den Polflächen des
Haltemagneten zur Anlage kommt.
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Die Wiedereinschaltung des Gerätes bzw. das Aufziehen wird nun mit
Hilfe des Antriebsstößels 26 vorgenommen. Der Aufzugsmechanismus ist so ausgebildet,
daß eine Wiedereinschaltung des Gerätes nur vorgenommen werden kann, wenn die die
Auslösung des Gerätes verursachte Störung inzwischen behoben worden ist,
d. h. die Selbsthaltung des Haltemagneten sichergestellt ist. Ist dies der
Fall, so wird beim Betätigen der Aufzugstaste sich nur die Sperrklinke entgegen
dem Uhrzeigersinn so weit verdrehen, bis der Anschlag 25 von dem Kurventeil
23 freigegeben wird und sich vor die Nase 24 legen kann. Infolge der vorgenannten
Blattfeder 9 werden die Kontakte 8, 10 geschlossen. Der Auslösehebel
4 bleibt hierbei in Ruhe, da durch den Haltefluß der Anker 3 an den Polflächen
festgehalten wird.
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Ist jedoch beim Betätigen des Stößels26 die Selbsthaltung des Magneten
nicht vorhanden gewesen, so wird unter der Wirkung der Feder 6 der Auflösehebel
4 der Bewegung der Sperrklinke 20 folgen und somit ein Einfallen des Anschlages
25 in die Sperrklinke verhindern. Eine Einschaltung des Gerätes kommt also
in diesem Fall nicht zustande. Das Gerät kann also nur eingeschaltet werden, wenn
die Selbsthaltung
sichergestellt ist, d. h., wenn die die
Auslösung verursachte Störung behoben ist. Dies ist in vielen Fällen, insbesondere
bei der Verwendung des Schaltgerätes in Motorschutzschaltungen von erheblicher Bedeutung.
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Fig. 2 zeigt als Ausführungsbeispiel die Kombinations des Schaltgerätes
mit einem Druckknopfantrieb für den Einbau an Schalttafeln od. dgl. Wie ersichtlich,
ist das Schaltgerät als eine in sich geschlossene Baueinheit ausgebildet. Der Sperr-
oder Haltemagnet ist mit der Aufzugseinrichtung in einem Gehäuse 30
untergebracht,
das durch einen Deckel31 abgeschlossen ist.
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Fig. 3 gibt eine Ansicht des Schaltgerätes von oben wieder.
Die Anschlußschrauben für die Festkontakte 10, 11 sind mit 14 und
15 und die Anschlußschrauben für den Umschaltkontakt 8 mit
18 gemäß Fig. 1 bezeichnet. Die Anschlüsse sind sa ausgebildet, daß
die Anschlußschrauben von oben oder unten je nach der Befestigungsart des
Schaltgerätes eingeführt werden können, um den Anschluß der Leitungen zu erleichtern.
Der Aufzugsstößel 26 ist im Gehäusedeckel 31
längsbeweglich geführt.
Der Gehäusedeckel wird auf dem Gehäuse 30 mittels Schrauben gehalten, die
in Gewindelöcher32 eingeführt werden können. DieAnschlüsse für den Sperr- oder Haltemagneten
sind in gleicher Weise wie die Anschlüsse 14, 15, 18 ausgeführt und mit
33 und 34 bezeichnet.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird der Aufzugsstößel 26 von einem
Druckknopfantrieb 35 betätigt. Er besteht im wesentlichen aus einer in der
Schalttafelwand 36 od. dgl. eingesetzten hohlzylinderförmigen Rosette
37, die mit Hilfe eines Halteteiles 38 und Druckschrauben
39 gehalten ist, einem unter Federwirkung stehenden hohlzylinderförmigenAntriebsstößel40
und einem daran befestigten Druckknopf 41 aus vorzugsweise durchsichtigem Material.
In dem Antriebsstößel 40 ist eine Signallampe 42 angeordnet, deren Fassung 43 auf
einem Träger 44 befestigt ist, welcher wieder auf dem Schaltgerät befestigt ist.
Die Anschlüsse für die Signallampe 42 sind mit 45 und 46 bezeichnet. Das Schaltgerät
ist an an dem Halteteil 38 angeformten, abgewinkelten Armen47, 48 befestigt.
Zu diesem Zweck hat das Schaltgerät durchgehende öffnungen 49, 50 Tig.
3) für Befestigungsschrauben, welche in Fig. 2 nicht dargestellt sind.
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In Fig. 4 ist eine Schalt- und überwachungsanordnung für einenMotor
beispielsweise dargestellt, wobei wirkungsmäßig gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern
wie in den vorhergehenden Figuren bezeichnet sind. Mit 1 und 0 sind
Druckknopftaster bezeichnet, die zum Ein- und Ausschalten eines Motorschützes
Sch dienen. S ist ein Selbsthaltekontakt des Motorschützes
Sch. Die Druckknopftaster besitzen vorzugsweise ebenfalls einen Druckknopfantrieb,
wie er zum Aufziehen des Schaltgerätes verwendet ist, so daß die drei Schaltelemente
zu einer Einhit zusammengefaßt werden können.
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Das Motorschütz Sch kann mit Hilfe der Druckknopftaster
1 und 0 beliebig ein- und ausgeschaltet werden. Findet das erfindungsgemäße
Schaltgerät 30
beispielsweise in einer Einrichtung zur überwachung der Wicklungstemperatur
des zu steuernden Motors erwendung, so sind bei nicht überlastetem Motor und aufgezogenem
Schaltgerät die Kontakte 8, 10 geschlossen (vgl. auch Fig. 1). Wird
aber der Haltelluß desSperr- oderHaltemagneten infolge zu hoherWicklungstemperatur
unterbrochen, so spricht das Schaltgerät an. Der Kontakt 8 wird sodann auf
den Festkontakt 11 umgelegt, wodurch das Motorschütz abgeschaltet und die
Signallampe 42 an Spannung gelegt wird. Die Signallampe 42 gibt somit an, daß der
Motor infolge zu hoher übertemperatur abgeschaltet worden ist. Ein Wiedereinschalten
des Motors ist nur nach Aufziehen des Schaltgerätes 30 möglich. Wie zuvor
beschrieben, läßt sich dieses jedoch nur aufziehen, wenn der Halteiluß vorhanden
ist, d. h. der Motor inzwischen wieder abgekühlt ist.
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In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer Kombination des
Schaltgerätes 30 mit einem Aufzugsmagneten 51. dargestellt. Der Aufzugsmagaet
51 ist auf einem Träger 52 angeordnet, der mittels Schrauben
53, 54 auf dem Schaltgerät 30 befestigt ist. Die Schrauben
53, 54 gehen durch die nämlichen Bohrungen 49 und
50 gemäß Fig. 3. Sie dienen gleichzeitig zum Befestigen des Schaltge-rätes
auf einem Träger 55 od. dgl. Der eine Anschluß des A-ufzugsmagneten ist mit
56 bezeichnet, während der andere Anschluß an Masse gelegt ist.
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Der Aufzugsmagnet 51 selbst besteht aus einem vorzugsweise
rechteckförmigenGehäuse57mitDeckel 58, einem Spulenkörper 59 mit Spule
60 und einem Anker 61. Letzterer wirkt über ein Zwischenglied
62,
welches im Gehäuse 57 längsverschieblich geführt ist, und ein übertragungselement
63 auf den Aufzugsstößel 26 des Schaltgerätes. Das Übertragungselement
63 wird mit Hilfe einer Ausgleichsfeder 64 an eine am Träger angeformte Nase
65 gehalten. Diese Maßnahme dient als Toleranzausgleich. Bei zu großem Hub
des Magneten kann das übertragungselement 63
unter Zusammendrücken der Ausgleichsfeder
64 nachgeben.
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Die in Fig. 5 dargestellte Anordnung ist vorzugsweise für die
Fernbedienung des Schaltgerätes gedacht. Um das Schaltgerät auch von Hand betätigen
zu können, ist im Deckel 58 des Aufzugsmagneten 51
noch ein Druckknopf
66 angeordnet, der auf den Anker 61 des- Magneten wirkt. Damit ist
die Möglichkeit gegeben, das Schaltgerät auch an Ort und Stelle zu betätigen. Ferner
ist aus Fig. 5 ersichtlich, daß die Anschlußschrauben des Schaltgerätes auch
von oben eingesetzt werden können, um den Anschluß der Leitungen zu erleichtern.
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In Fig. 6 ist eine der Fig. 4 entsprechende Schaltungsanordnung
für die Anordnung mit Selbstaufzug nach Fig. 5 wiedergegeben, wobei gleiche
Teile mit gleichenBezugsziffem versehen sind. Bei dieserSchaltung ist an dem Kontakt
11 an Stelle einer Signallampe der Aufzugsmagnet51 angeschlossen. Spricht
also das Schaltgerät 30 infolge zu hoher Temperatur des Motors an, so wird
wie zuvor das Motorschütz Sch abgeschaltet. Nach dem Umlegen des Kontaktes
8
auf den Kontakt 11. erhält der Aufzugsmagnet 51
jedoch unmittelbar
keine Spannung, da ja der SelbsthaltekontaktS geöffnet ist. Wird aber der Drucktasterl
zum Einschalten des Motors betätigt, so erhält der Aufzuggsmagnet 51 Spannung
und betätigt das Schaltgerät, welches nun das Motorschütz an Spannung legt. Ist
der Motor jedoch beim Wiedereinschalten nicht entsprechend abgekühlt, so spricht
wohl der Aufzugsmagnet an, der Schaltkontakt 8 wird jedoch nicht betätigt.