DE1128010B

DE1128010B - UEberstromschutzeinrichtung mit einem Arbeitselektromagneten und einem Hemmungselektromagneten

Info

Publication number: DE1128010B
Application number: DEO6271A
Authority: DE
Inventors: Arthur Ennis Prince; David Carl Larson
Original assignee: Otis Elevator Co
Current assignee: Otis Elevator Co
Priority date: 1958-07-18
Filing date: 1958-07-18
Publication date: 1962-04-19

Description

Überstromschutzeinrichtung mit einem Arbeitselektromagneten und einem Hemmungselektromagneten Die Erfindung betrifft eine überstromschutzeinrichtung für elektrische Stromkreise mit einer auf vom überstrom abhängigen Verzögerung der Auslösung.
Es ist bekannt, Bimetallrelais in verschiedenen Anordnungen zum Schutze von dreiphasigen Stromkreisen gegen Überstrom zu benutzen.
Es ist weiterhin bekannt, dreiphasige Stromkreise gegen eine einphasige oder asymmetrische Belastung zu schützen, wobei eine Schaltvorrichtung anspricht oder abhängig ist von dem Gleichgewicht der Kräfte dreier Elektromagnete, von denen jeder durch den Strom einer Phase erregt ist. Die beweglichen Magnetkerne wirken hierbei durch eine Kugelverbindung auf eine Schaltvorrichtung.
Es wurde auch ein Stromunterbrecher vorgeschlagen, bei dem eine Drahtwindung angewendet wird, deren Widerstand mit dem Ansteigen der Temperatur wächst. Bei einer Steigerung des Stromflusses in dem Stromkreis würde die sich ergebende Steigerung in der Windung die Temperatur über den Widerstand in der Windung erhöhen, wodurch die entgegengesetzte Wirkung sinkt. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß bei wiederholten kurzen Überströmen die Steuerwindung kurzzeitig bis zu einem Punkt aufgeheizt wird, der ausreicht, eine unerwünschte Trennung der Stromkreiskontakte zu bewirken. Eine augenblickliche Ausklinkwirkung bei schweren überströmen kann nicht erreicht werden, da eine bestimmte Zeit erforderlich ist, um die Windung aufzuheizen.
Die Einrichtungen ergeben keinen feinfühligen und schnellen überstromschutz und sprechen nicht auf einen Anfangseffekt des überstromes an, um eine augenblickliche Wirkung der Kraft des Hemmungselektromagneten auszulösen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine überstromschutzeinrichtung mit einem Arbeitselektromagneten und einem Hemmungselektromagneten, dessen Feld demjenigen des Arbeitselektromagneten entgegenwirkt, sowie mit einem elektromagnetisch betätigten Schalter, der den zu überwachenden Stromkreis öffnet, wenn das Feld des Arbeitselektromagneten dasjenige des Hemmungselektromagneten überwindet.
Erfindungsgemäß betätigt bei Auftreten eines bestimmten Überstromes der Arbeitselektromagnet einen Hilfskontakt und bewirkt damit in dem Hemmungselektromagneten die Erzeugung eines abnehmenden Feldes, dessen Abnahmeverhältnis unabhängig von der Stärke des Überstromes ist. Bei fortdauerndem Überstrom bewirkt das Feld des Arbeitselektromagneten infolge der Abnahme des Feldes des Hemmungselektromagneten die Öffnung eines zweiten Hilfskontaktes, der die Erregung eines Schützes zwecks Auftrennung des zu überwachenden Stromkreises abschaltet.
Die neue überstromvorrichtung hat eine Konstruktion, die nicht nur eine umgekehrte Zeitfunktion ermöglicht, sondern Sicherheit dafür bietet, daß die Zeitfunktion unabhängig von den Betriebsbedingungen ist.
Die Vorrichtung kann bei einem einzigen Stromkreis oder auch bei einer Mehrzahl Stromkreise als Überstromschutz verwendet werden.
Die Erfindung ist in der Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben, und zwar zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform. einer überstromschutzeinrichtung gemäß der Erfindung mit abhängig verzögerter Auslösung unter Verwendung von drei Überstromspulen, Fig. 2 eine Ansicht im Aufriß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, Fig. 3 eine Seitenansicht in vergrößertem Maßstab, wobei Teile weggebrochen sind, um Einzelheiten des Aufbaus zu zeigen, Fig.4 eine Teilansicht einer anderen Anordnung mit nur zwei Überstromspulen, Fig.5 eine schematische Darstellung der Überstromschutzeinrichtung gemäß der Erfindung mit nur einer einzigen Überstromspule, Fig. 6i eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform, Fig. 7 ein Schaltbild, welches die Schaltanordnung der überstromsicherung in einer Anlage mit veränderlicher Spannung zeigt, Fig. 8 ein Schaltbild, welches die Schaltanordnung der überstromsicherung bei Stromkreisen für Dreiphasen-Wechselstrom-Arbeitsmotoren mit zwei Geschwindigkeitsstufen zeigt, Fig. 9 ein Schaltbild; welches die Schaltanordnung der Überstromsicherung bei Stromkreisen für Dreiphasen-Wechselstrom-Arbeitsmotoren mit einer einzigen Geschwindigkeitsstufe zeigt, und Fig. 10 eine graphische Darstellung der Betriebsmerkmale.
Die in Fig. 1, 2 und 3 gezeigte Schutzvorrichtung ist auf einer Tafel 11 aus Isoliermaterial angeordnet. An der Tafel 11 sind zwei feststehende !-förmige Kontakte 12 mit Kontaktauflagen durch Schrauben 13 befestigt. An diesen Schrauben sind Gegenmuttern 14 zur elektrischen Verbindung der Kontakte mit der Anlage vorgesehen. Gegen die Kontakte 12 liegt eine nachgiebig angeordnete Kontaktbrücke 15 mit ihren Kontakten 16 an, welche die Kontaktauflagen berühren. Von der Platte 11 abstehende Ansätze 17 wirken mit der Kontaktbrücke 15 zusammen, um diese mit den Kontakten 12 in Ausfluchtung zu halten. Die Kontaktbrücke kann durch einen Druckknopf 18 auf die feststehenden Kontakte gedrückt werden, der gegen die Kraft einer Feder 20 wirkt, die sich zwischen der Oberseite einer umgekehrten Kappe 21 und einem von der Platte 11 abstehenden Ansatz oder Vorsprung 22 abstützt. Die Kontaktbrücke wird in dieser Stellung durch einen Dauermagneten 23 gehalten, der gegen eine Buchse 24 aus magnetisierbarem Material anliegt. Diese Buchse ist in dem Ansatz 22 angeordnet und weist eine Öffnung 25 zur Aufnahme eines Druckbolzens 26 aus ummagnetischem Material auf. Der Druckbolzen 26, der Magnet 23, die Kappe 21, die Kontaktbrücke 15 und der Knopf 18 sind so zusammengebaut, daß sie eine Einheit bilden, was beispielsweise dadurch geschehen kann, daß das Ende eines Stiftes 27, der eine Verlängerung des Druckbolzens bildet und sich in eine Eintiefung 28 im Druckknopf erstreckt, flachgenietet wird.
Der Druckbolzen 26 wird entgegen der Kraft des Magnetzugs 23, 24 aufwärts bewegt, um die Kontaktbrücke 15 von den feststehenden Kontakten 12 zu trennen. Dies geschieht durch die Aufwärtsbewegung eines Hebels 30 aus Isoliermaterial, der an einem Arm 31 angelenkt ist. Der Hebel erstreckt sich durch eine Öffnung 32 in der Platte 11, während der Arm 31 auf der Rückseite der Platte befestigt ist. Im allgemeinen befindet sich der Hebel im Abstand vom Druckbolzen. Zwischen dem Hebel 30 und dem Ansatz 22 stützt sich eine Feder 33 ab, die den Hebel in Abstand vom Druckbolzen hält. Die Bewegung des Hebels zum Aufschlag auf dem Druckbolzen geschieht mittels eines Puffers 34, der sich in Anlage an einer auf der Unterseite des Hebels ausgebildeten i Nase 35 befindet. Dieser Puffer wird von einer Hülse 36 gehalten, die auf einem Armkreuz 37 ruht.
Die Aufwärtsbewegung der Hülse 36 und damit des Hebels 30 wird durch das Armkreuz 37 bewirkt, das durch einen von drei überstromelektromagneten i 40, 41 und 42 betätigt wird. Jeder dieser Elektromagneten weist eine Spule 43, 44, einen beweglichen Kern 46 und einen feststehenden Kern 48 auf, wobei die Spule in. einem U-förmigen Rahmen 45 angeordnet ist. Die Magnetrahmen 45 sind an der Platte 11 durch in die Rahmen eingeschraubte Schrauben 47 befestigt. Die Magneten 40 und 41 sind an der Vorderseite der Platte 11 und der Magnet 42 ist auf deren Rückseite so angeordnet, daß sich die Mitte der beweglichen Kerne in Flucht mit den Armen 50, 51 und 52 des Armkreuzes befinden. In jedem Arm ist eine Öffnung 53 vorgesehen, durch die sich ein Bolzen 54 erstreckt und die einen reichlichen Spielraum für den Bolzen vorsieht. Die Bolzen 54 sind durch Muttern 55 an den Kernen der Elektromagneten verstellbar befestigt, wobei unter den Muttern zur Sicherung Federringe 59 vorgesehen sind. Die Köpfe 56 dieser Bolzen sind mit elastischen Puffern 57 versehen, welche auf von der Platte 11 abstehenden Ansätzen 58 ruhen. Bei ausreichendem Stromfluß in einer der Elektromagnetspulen, beispielsweise in der Spule des Elektromagneten 40, wird deren beweglicher Kern nach oben gezogen, wobei dieser am Arm 50 nach oben zieht. Die anderen Arme des Armkreuzes sind an entsprechenden Ansätzen 58 gelenkig beweglich, was zu einer Aufwärtsbewegung der Hülse 36 und damit des Hebels 30 führt.
Der Wirkung eines überstromelektromagneten, welche darin besteht, das Armkeuz anzuheben und die Kontaktbrücke 15 von den feststehenden Kontakten 12 abzuheben, wirkt ein Hemmungselektromagnet 60 entgegen. Dieser Elektromagnet besitzt eine Gleichstromspule 61, die in einem dreischenk-Iigen Rahmen 62 angeordnet ist, dessen Schenkel sich mit den Armen des Armkreuzes in Fluchtlinie befinden. Die Spule und der Rahmen sind in einer Ausnehmung 63 in der Platte 11 gelagert. Der Hemmungselektromagnet ist mit einem Anker 70 versehen, der einen ummagnetischen Belag 71 trägt. Ein am Anker befestigter Stift 72 erstreckt sich durch die Öffnung 38 im Armkreuz 37 und durch eine Öffnung 73 in der Hülse 36 nach oben, wobei diese Öffnungen ein Arbeitsspiel vorsehen. Der Stift 72 ist mit einer Kappe 74 versehen, die sich über in der Hülse ausgebildete Schultern 75 erstreckt. Wenn das Armkreuz 37 durch eine überstromspule oder mehrere Überstromspulen nach oben bewegt wird, bewirkt es zunächst eine Aufwärtsbewegung der Hülse 36 zur Aufnahme des Spiels zwischen den Schultern 75 und der Kappe 74. Die weitere Aufwärtsbewegung erfährt dadurch eine Gegenwirkung, daß der Anker 70 durch den Hemmungselektromagneten 60 in Auflage auf dem Rahmen 62 gehalten wird. An den Schenkeln des Rahmens 62 ist durch Schrauben 67 eine Anzahl Anschläge 64, 65, 66 befestigt, und zwar je ein Anschlag für jeden Schenkel. Diese sollen verhindern, daß der Anker 70 sich gegenüber dem Hemmungselektromagneten infolge des durch die Öffnungen 36 und 53 im Armkreuz 37 vorgesehenen Spiels außermittig verlagert.
Diese anfängliche Bewegung der Hülse 36 wird zur Abschaltung der Spule des Hemmungselektromagneten von seiner Gleichstromquelle ausgenutzt. An der Platte 11 sind zwei feststehende Kontakte 80, beispielsweise sich durch Arme 81 der Kontakte erstreckende Schrauben 79, befestigt. Gegenmuttern 82 auf diesen Schrauben dienen dazu, die Kontakte in den Stromkreis zu schalten. Die anderen Arme der Kontakte erstrecken sich von der Platte nach außen und konvergieren zueinander: Die äußeren Enden dieser Arme sind mit Kontaktspitzen 83 versehen. Diese Kontakte sind durch einen Kontakt 84 in Form einer an der Unterseite des Hebels 30 befestigten Blattfeder überbrückt. An ihrem äußeren Ende ist die Kontaktfeder gegabelt, wobei die Gabelarme mit Kontaktspitzen 85 zur Auflage auf an den feststehenden Kontakten vorgesehenen Kontaktspitzen 83 versehen sind. Bei einer Aufwärtsbewegung der Hülse 36 zur Aufnahme des Spiels zwischen den Schultern 75 und der Kappe 74 wird der Hebel 30 um seinen Gelenkpunkt durch den Puffer 34 zur Trennung der Kontakte 84 von den feststehenden Kontakten 80 ausreichend weit nach oben verschwenkt. Hierdurch wird der Erregungsstromkreis für die Spule des Hemmungselektromagneten unterbrochen.
Wenn der Erregungsstromkreis für die Spule des Hemmungselektromagneten unterbrochen wird, entlädt sich ein Kondensator 86 in dessen Spule, was eine fortschreitend abnehmende Gegenwirkung zur Folge hat. Der Kondensator ist an der Rückseite der Platte 11 durch Schrauben 87 befestigt. Auf der Rückseite der Platte 11 ist ferner, beispielsweise durch eine Schraube 91, ein Widerstand 90 befestigt, der mit dem Kondensator 86 in Reihe geschaltet ist, um den Ladestrom zu begrenzen. Mit 88 sind Stiftschrauben für den Anschluß der verschiedenen Spulen der Vorrichtung bezeichnet.
Wenn die abnehmende Kraft des Hemmungselektromagneten durch die Kraft des überstromelektromagneten überwunden wird, wird der Anker 70 freigegeben, so daß eine weitere Aufwärtsbewegung der Hülse 36 und des Hebels 30 stattfinden kann. Dadurch wird der Abstand zwischen dem Hebel und dem unteren Ende des Druckbolzens 26 aufgehoben und der bewegliche Kern des überstromelektromagneten wird nach oben in die Spule gezogen, wodurch der Luftspalt zwischen dem beweglichen Kern und dem feststehenden Kern verringert wird. Hierdurch wird wiederum die von dem beweglichen Kern ausgeübte Kraft größer, so daß der Hebel auf den Druckbolzen einen Schlag ausübt und der Dauermagnet 23 von der Buchse 24 und damit die Kontaktbrücke 15 von den feststehenden Kontakten getrennt wird. Am unteren Teil des Druckbolzens 26 ist eine Anschlagscheibe 93 befestigt, um dessen Aufwärtshub zu begrenzen.
Durch das Trennen der Kontakte 15 und 12 wird die Vorrichtung abgeschaltet, wodurch die überstromspulen stromlos werden. Darauf fällt der Hebel 30 und mit diesem der Anker 70 unter der Wirkung der Feder 33 zurück, und der Anker kommt an einem oder mehreren der Anschläge 64 zur Ruhe, je nachdem, welcher oder welche der Arbeitselektromagneten den Vorgang verursacht haben. Die Kontakte 80 und 84 kommen daher nicht wieder miteinander in Berührung, ebensowenig der Brückenkontakt 15 mit dem Kontakt 12, da diese durch die Feder 20 in Abstand voneinander gehalten werden. Wenn z. B. der Elektromagnet 42 den Vorgang verursacht hat, zieht er das Armkreuz an sich, welches den Anker 70 mitnimmt, so daß der Anker auf den Anschlag 66 zurückfallen würde. Hierdurch wird angezeigt, daß der Elektromagnet 42 den Vorgang verursacht hat, was eine entsprechende Abänderung möglich macht. Wenn die Bedingung, die den überstrom verursacht hat, beseitigt ist, wird der Anker 70 zentriert und die Kontaktbrücke 15 durch Drücken auf den Druckknopf 18 von Hand nach unten auf die Kontakte 12 gedrückt. Wenn der Dauermagnet 23 an der Buchse 24 zur Anlage kommt, werden die Kontakte in ihrer Berührungsstellung gehalten, so daß der Druckknopf freigegeben werden kann.
Die Stellung der beweglichen Kerne 46 in den Spulen kann durch die Bolzen 54 eingestellt werden, so daß eine Aufwärtsbewegung der Hülse 36, um die Kontakte 80, 84 voneinander zu trennen, verhindert wird, sofern nicht ein Überstrom besteht, der eine bestimmte Stärke überschreitet. Je stärker dieser Überstrom ist, desto größer ist die Kraft, die den Anker 70 gegen die durch den Hemmungselektromagneten ausgeübte schwächer werdende Kraft von diesem zu lösen sucht, und desto früher werden die Kontakte 15, 12 voneinander getrennt. Auf diese Weise wird eine abhängig verzögerte Auslösung erzielt. Falls der Überstrom vor der Freigabe des Ankers 70 aufhört, fallen der betätigte bewegliche Kern, das Armkreuz 37 und die Hülse 36 zurück, wodurch die Kontakte 80, 84 wieder miteinander in Berührung gebracht werden. Auf diese Weise wird das Ansprechen der Vorrichtung bei kurzzeitigen schwachen Überströmen vermieden.
Bei einer Einrichtung, bei der nur zwei überstromspulen der Schutzvorrichtung verwendet werden, kann der Elektromagnet 42 auf der Rückseite der Tafel 12 weggelassen werden. In diesem Fall kann für den Arm 52 des Armkreuzes 37 ein Gelenk dadurch vorgesehen werden, daß statt der Verstellschraube 54 eine kurze Stiftschraube 95 mit dem Arm verbunden wird, wobei der Kopf der Stiftschraube mit einem Puffer zur Auflage am Ansatz 58, wie in Fig. 4 gezeigt, versehen ist.
Eine Ausführungsform, bei welcher nur eine einzige überstromspule verwendet wird, ist in Fig.5 schematisch dargestellt. Bei dieser Ausführungsform kann die Anordnung der Kontakte l2, 15, der Feder 20, des Verklinkungsmagneten 23, des Druckbolzens 26, des Hebels 30, der Feder 33, des überstrommagneten 43, des beweglichen Kerns 46, der Verstellschraube 54, des Hemmungselektromagneten 60, des Ankers 70 und der Kontakte 80, 84 die gleiche sein wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, 2 und 3. Für den Puffer 34 und die Kappe 74 ist eine andere Anordnung dargestellt. Das durch den überstrommagneten 43 betätigbare Glied 99 hat seine Anlenkung bei 100. Für die Zwecke der Fertigung kann die Anordnung jedoch die gleiche wie in Fig. 1, 2 und 3 dargestellt sein, wobei das Glied 100 des Armkreuzes 37 mit den beiden anderen Armen, wie in Fig. 4 gezeigt, gelenkig verbunden sein kann.
Der Aufbau der Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung kann verschiedene Abänderungen erfahren. Bei der in Fig. 6 beispielsweise dargestellten Ausführungsform ist statt der den überstromelektromagneten gemeinsamen Kontakte 80, 84 jeder Überstromelektromagnet mit gesonderten Kontakten versehen. Dies ist für zwei überstromelektromagneten dargestellt. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Kontakte 12, 15 die Feder 20, der Verklinkungsmagnet 23, der Druckbolzen 26, die überstromelektromagneten 40, 41, die Kerne 46, der Hemmungselektromagnet 60 und der Anker 70 die gleichen wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, 2 und 3. Der Hebel 30 und die Kontakte 80, 84 sind weggelassen. An ihrer Stelle ist jeder überstromelektromagnet mit einer Kontaktscheibe 105 versehen, die mit auf dem Ansatz 58 angeordneten feststehenden Kontakten 106 in Berührung gebracht werden kann. Die überbrükkungskontaktscheibe ist mit einem Stift 107 versehen, der im Kopf des Einstellbolzens 54 befestigt ist. Der Anker 70 trägt einen Stift 110, der sich durch eine Öffnung im Querstück 111 zwischen den Einstellbolzen 54 nach oben erstreckt und an seinem oberen Ende mit einer Kappe 112 versehen ist. Zwischen einer Unterlegscheibe 114 am Stift 110 unterhalb der Kappe 112 und dem Querstück 111 stützt sich eine Feder 113 ab, die das Querstück belastet, so daß die Kontaktscheiben 105 die Kontakte 106 berühren. Am Querstück 111 ist ferner eine Hülse 115 angeordnet, durch welche sich der Stift 110 erstreckt, wobei zwischen dem oberen Ende der Hülse und der Unterlegscheibe 114 ein geringes Spiel vorgesehen ist.
Wenn ein ausreichender Überstrom, beispielsweise in der Spule des Elektromagneten 40, fließt, wird das Querstück 111 angehoben, wobei es sich am Bolzen 54 für den Elektromagneten 41 gelenkig bewegt; bis die Hülse 115 auf die Unterlegscheibe 114 auftrifft. Diese Bewegung reicht aus, die Kontaktscheibe 105 von den feststehenden Kontakten 106 zu trennen. Die durch die verschiedenen überstromelektromagneten betätigten Kontakte sind in diesem Stromkreis für die Spule des Hemmungselektromagneten in Reihe geschaltet. Daher wird durch das Lösen der Scheibe 105 von den Kontakten 106 die Spule des Hemmungselektromagneten von ihren Speiseleitungen abgeschaltet, wobei der Strom in dieser Spule durch die Entladung des Kondensators abklingt wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, 2 und 3. Wenn der überstrom nach Ablauf eines von seiner Stärke abhängigen Zeitintervalls bestehenbleibt, wird der Anker 70 freigegeben, und das obere Ende des Stiftes 110 trifft auf den Druckbolzen 26 auf, wodurch die Kontakte 12, 15 voneinander getrennt werden.
Bei Verwendung in einer Anordnung mit drei Überstrommagneten kann das bei der Ausführungsform nach Fig. 6 verwendete Querstück die Form des Armkreuzes 37 der Ausführungsform nach Fig. 1, 2 und 3 haben. Wenn nur zwei überstromelektromagneten vorgesehen sind, kann ein Armkreuz 37 verwendet werden, das am restlichen Arm gelenkig beweglich ist, wie in Fig. 4 gezeigt, oder es kann ein sich in Querrichtung erstreckendes Element bei entsprechend angeordneten anderen Teilen verwendet werden. Bei nur einer einzigen überstromspule kann ein Armkreuz verwendet werden, das um die beiden übrigen Arme, wie in Fig. 4 gezeigt, gelenkig beweglich ist, oder ein sich in Querrichtung erstreckendes und, wie in Fig. 5 gezeigt, gelenkig bewegliches Querglied.
Die Schaltverbindungen der Schutzvorrichtung sind in Fig. 7, 8 und S in vereinfachten Stromkreisen dargestellt. In den genannten Figuren sind die Spulen der überstromelektromagneten 40, 41, 42 mit PM ; und einer unterscheidenden Bezugsziffer gekennzeichnet, die Spule des Hemmungselektromagneten 60 mit RM, die Kontakte 12, 15 mit PC 1 und die Kontakte 80, 84 (oder 105, 106 in Reihenschaltung) mit PC 2. Diese Vorrichtung ist besonders zum Schutz von An- f lagen mit Wechselstromspeisung geeignet, so daß Anlagen mit Wechselstromquellen dargestellt sind. Die Vorrichtung ist jedoch auch anwendbar, wenn Gleichstromquellen vorgesehen sind, beispielsweise, wenn die Stromquelle für den Antriebsmotor des Ge- E nerators in Fig. 7 eine Gleichstromquelle ist und wenn Gleichstromaufzugmotoren mit Widerstandsregelung verwendet werden. Die Spule des Hemmungselektromagneten ist in einen Einleitungsstromkreis geschaltet, d. h. in einen Stromkreis, der Strom liefert, selbst wenn die Schutzvorrichtung angesprochen hat.
In Fig. 7 ist die Schaltungsanordnung für eine Anlage mit veränderlicher Spannung, beispielsweise für einen Gleichstromzugantriebsmotor, dargestellt. .Der Anker des Antriebsmotors ist mit MA und dessen Feldwicklung mit MF bezeichnet. Der Anker des Generators, der den Antriebsmotoranker mit Gleich-, Strom beliefert, ist mit GA bezeichnet, dessen Reihenschlußfeldwicklung mit GSF und dessen Nebenschlußfeldwicklung mit GF. Der Generatoranker wird durch einen Dreiphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor angetrieben, dessen Ständerwicklungen mit DM 1, DM 2 und DM 3 bezeichnet und entweder in Dreieckschaltung oder in Sternschaltung geschaltet sind und dessen Läufer mit DMR bezeichnet ist. K ist das Schütz zur Verbindung der Ständerwicklungen des Antriebsmotors mit den Wechselstromspeiseleitengen I, 1I und III. Zwei der Spulen der Schutzvorrichtung PM1 und PM2 sind mit den Ständerwicklungen DM1 und DM2 des Antriebsmotors jeweils in Reihe geschaltet, so daß sie dem Stromfluß in einer der Speiseleitungen ausgesetzt sind. Die dritte Spule PM3 der Schutzvorrichtung ist in den Schleifenkreis geschaltet, der den Generatoranker GA und den Motoranker MA miteinander verbindet. Beim Auftreten eines überstroms in einer oder mehreren der Spulen werden zunächst die ersten Kontakte PC 2 getrennt, wodurch die Spule RM des Hemmungselektromagneten von ihren Speiseleitungen abgeschaltet wird. Der Kondensator 86 entlädt sich dann in die Spule RM, und wenn der überstrom nach Ablauf eines durch seine Stärke bestimmten Zeitintervalls andauert, werden die zweiten Kontakte PC 1 getrennt, wodurch die Spule des Schützes K von den Speiseleitungen abgeschaltet wird. Dies hat zur Folge, daß die Kontakte K l, K2, K 3 getrennt werden, wodurch der Antriebsmotor von der Wechselstromquelle abgeschaltet wird.
Fig. 8 zeigt die Schaltanordnung für einen Wechselstrom-Aufzugantriebsmotor mit zwei Geschwindigkeitsstufen. Der Läufer des Antriebsmotors ist mit HR bezeichnet, während die Wicklungen für schnellen Antrieb reit FS 1, FS 2 und FS 3 und die Wicklungen für langsamen Antrieb mit SS1, SS2 und SS3 bezeichnet sind. T ist das elektromagnetische Schütz zur Verbindung der Ständerwicklungen für schnellen Antrieb mit den Wechselstromspeiseleitungen I, II und III. G ist das elektromagnetische Schütz zur Verbindung der Ständerwicklungen für langsamen Antrieb mit den Speiseleitungen. Zur Vereinfachung der Darstellung ist die Kontrolleinrichtung zur Feststellung, ob das Schütz T oder G betätigt ist, als einpoliger Wechselschalter DS gezeigt. U und D sind Kontakte von Richtungsschaltern. Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 sind zwei überstromspulen vorgesehen, welche in den Stromkreis der Ständerwicklungen für schnellen Antrieb geschaltet sind, wobei die Spule PM 1 in den Stromkreis der Wicklung FS 1 und die Spule PM 2 in den Stromkreis der Wicklung FS3 geschaltet ist, so daß sie dem Stromfluß in den Wechelstromspeiseleitungen ausgesetzt sind. Da die Stärke des in den Wicklungen für langsamen Antrieb fließenden Stroms gering ist, ist die dritte Spule PM3 der Schutzvorrichtung als Gleichstromspule mit einer Windungszahl gewickelt, die zur Betätigung der Vorrichtung ausreicht, falls der Motor länger als ein bestimmtes Zeitintervall im Betriebszustand für langsamen Antrieb bleibt. Für diesen Zweck kann die Spule PM3 zur Spule des Schützes G für langsamen Antrieb parallel geschaltet werden. Wenn beim Betrieb mit schnellem Antrieb in einer der Phasen ein Überstrom auftritt, bewirkt die entsprechende Überstromspule das Ansprechen der Vorrichtung zur Trennung der Kontakte PC 2. Hierdurch wird die Spule RM des Hemmungselektromagneten von den Gleichstromspeiseleitungen abgeschaltet, worauf der Strom in dieser Spule mit der Entladung des Kondensators 86 fortschreitend abnimmt. Wenn der Überstrom nach Ablauf eines durch dessen Stärke bestimmten Zeitintervalls weiterbesteht, werden die Kontakte PC 1 getrennt, so daß die Spule des Schützes T für schnellen Antrieb von den Gleichstromspeiseleitungen abgeschaltet wird, worauf sich die Kontakte T l, T 2 trennen, so daß die Ständerwicklungen für schnellen Antrieb des Aufzugantriebsmotors von den Wechselstromspeiseleitungen abgeschaltet werden. Wenn der Antriebsmotor für den Betrieb mit langsamem Antrieb geschaltet ist, wird die Spule PM3 erregt, so daß die Kontakte PC2 voneinander getrennt werden. Falls der Motor länger als eine bestimmte Zeit im Betriebszustand für langsamen Antrieb bleibt, was ein Anzeichen dafür ist, daß eine betriebliche Störung vorliegt, entlädt sich der Kondensator 86 so weit, daß die Trennung der Kontakte PC 1 stattfinden kann. Hierdurch wird die Spule des Schützes G für langsamen Antrieb von ihren Speiseleitungen abgeschaltet und werden die Kontakte G 1 und G 2 getrennt, so daß die Wicklungen für langsamen Antrieb des Aufzugantriebsmotors von den Wechselstromspeiseleitungen abgeschaltet werden.
Fig. 9 zeigt die Schaltanordnung für einen Wechselstrom-Aufzugantriebsmotor mit einer einzigen Geschwindigkeitsstufe, wobei der Läufer mit HR und die Ständerwicklung mit HM1, HM2, HM3 bezeichnet sind. Es werden nur zwei Überstromspulen PM 1 und PM2 verwendet, die in den Stromkreis der Wicklungen HM1 und HM3 geschaltet sind. Wenn ein Überstrom auftritt, werden die Kontakte PC 2 getrennt, und falls nach Ablauf eines gegebenen Zeitintervalls der Überstrom weiterbesteht, werden die Kontakte PC I getrennt, wodurch die Spule des Schützes C von den Gleichstromspeiseleitungen abgeschaltet wird. Als Folge hiervon werden die Kontakte C 1 und C 2 getrennt, wodurch die Ständerwicklungen des Antriebsmotors von den Wechselstromspeiseleitungen I, II und III abgeschaltet werden.
Hierbei ist zu erwähnen, daß der Gleichstrom für die Spule des Hemmungselektromagneten vom Wechselstromnetz über eine Vorrichtung, die nur in einer Richtung Strom leitet, abgeleitet werden kann. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in Fig. 9 dargestellt, in welcher der Stromkreis für die genannte Spule von den Speiseleitungen I und III über einen Gleichrichter 118 verläuft.
Bei der in Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsform wird jeder der Arbeitselektromagneten 40, 41, 42 so eingestellt, daß der gleiche Zug bei gleicher durch diese ausgeübter magnetischer Kraft erhalten wird. Ferner werden sie so eingestellt, daß die Trennung der Kontakte 80, 84 nur dann erfolgt, wenn der Überstrom eine bestimmte Stärke hat oder diese überschreitet. Für den Aufzugbetrieb wird die Einstellung vorzugsweise so vorgenommen, daß dieser Vorgang erst dann stattfindet, wenn der Überstrom eine Stärke erreicht, die dem Einphasen-Abbremszustand gleichwertig ist. Diese Einstellungen werden durch die Bolzen 54 vorgenommen. Der Überstrom kann diese Stromstärke überschreiten, wobei seine Stärke von den die Störung verursachenden Bedingungen abhängt. Bei einem vollständigen Kurzschluß ist die Stromstärke so hoch, daß ein sofortiges Ansprechen erfolgt.

Wenn die Arbeitselektromagneten so eingestellt sind, d'aß sie den gleichen Zug ergeben, ist die auf die Hülse 36 zum Ausklinken der Kontakte ausgeübte Kraft die gleiche, unabhängig davon, ob der Überstrom in einer Elektromagnetspule oder in zwei oder drei Elektromagnetspulen fließt. Wenn F1, F2 und F3 die auf die Enden der Arme des Armkreuzes 37 ausgeübten Kräfte sind und D die Höhe des durch diese Arme gebildeten Dreiecks ist, beträgt die auf die Mitte des Armkreuzes ausgeübte Kraft:

-F1 - D- - 3 F1 bei Überstrom in einer Spule,

_D

3

(F1 -[- F2) D _ 2 F1 . D - 3 F1 bei Überstrom in zwei Spulen,

2D 2D

3 3

F1 + F2 -f- F3 = 3 F1 bei Überstrom in allen drei Spulen.

Daher wird, unabhängig von der Zahl der dem Überstrom ausgesetzten Spulen, die gleiche zeitliche Steuerung erreicht.

Die Betriebseigenschaften der Schutzeinrichtung sind in Fig. 10 durch Kurven dargestellt. Bei den auf der rechten Seite der Ordinate gezeichneten Kurven ist der Zug am Ende eines der Arme des Armkreuzes über den Amperewindungen der Spule des Elektromagneten aufgetragen, der diesen Arm betätigt. Es sind Kurven für drei verschiedene Luftspalteinstellungen (Stellungen des Kerns im Magneten) gezeigt, nämlich für einen kleinen, einen mittleren und einen großen Luftspalt, welche mit S, M und L gekennzeichnet sind. Links der Ordinate ist die Verzögerungszeit in Sekunden über dem abklingenden Zug des Hemmungselektromagneten aufgetragen, wie durch die Kurve LT dargestellt. Bei einem Zug, der unter der Linie X liegt, wird kein Zug erzielt, da für die Trennung der Kontakte 80, 84 der durch diese Linie dargestellte Zug erforderlich ist. Wenn die Vorrichtung bei diesem Mindestzug anspricht, ergibt sich eine Verzögerung für die Betätigung der Kontakte 12, 15 von 25 Sekunden. Diese Verzögerung nimmt ab, wenn der Zug zunimmt. Dies kann durch einen stärkeren Überstrom in der Spule bedingt sein. Beispielsweise wird bei einem großen Luftspalt eine maximale Verzögerung von 25 Sekunden bei einer Erregung von 1700 Amperewindungen erzielt, während die Verzögerung auf 10 Sekunden abnimmt, wenn die Erregung durch 3600 Amperewindungen erfolgt. Bei der mittleren Einstellung des. Luftspaltes wird eine Verzögerung von 25 Sekunden bei einer Erregung von 1400 Amperewindungen und von 10 Sekunden bei 2600 Amperewindungen erzielt. Bei der Einstellung für den kleinen Luftspalt ergibt sich eine Verzögerung von 25 Sekunden bei einer Erregung von 900 Amperewindungen und von 10 Sekunden bei 2100 Amperewindungen. Außer durch diese Einstellungen lassen sich abweichende Verzögerungen durch Veränderungen der Größe des Kondensators 86 erzielen. Daher kann die Schutzeinrichtung mit den gleichen Elektromagnetspulen für eine große Anzahl von Aufgaben verwendet werden, wobei die gewünschten Betriebsmerkmale für jede Aufgabe durch Einstellung der Luftspalte herbeigeführt werden können. Aus diesem Grunde ist die Einrichtung gemäß der Erfindung für viele verschiedene Systeme und eine große Zahl von Aufgaben in diesen Systemen geeignet und hat einen weiten Anwendungsbereich. Hierdurch wird die Zahl der verschiedenen auf Lager zu haltenden Ausführungsformen stark verringert.
Die Schutzeinrichtung ist sehr empfindlich, und es wurde festgestellt, daß diese in ihren Ausgangszustand zurückfällt, um die Kontakte 84 und 80 wieder in Berührung zu bringen, wenn die Erregung 5-% unter den Mindestwert abfällt, welcher die Trennung dieser Kontakte bewirkt. Daher kommen, obwohl der Einschaltstrom für einen Motor die Trennung der Kontakte 84, 80 bewirkt, wenn dieser Strom bei zunehmender Drehzahl abfällt, die genannten Kontakte wieder miteinander in Berührung, um ein unerwünschtes Ansprechen der Schutzeinrichtung zu verhindern. Dieser Vorgang findet sehr rasch statt. Im Betrieb beispielsweise kommen die Kontakte bei jedem Einschaltvorgang von neuem rasch miteinander in Berührung, ohne daß dies eine Trennung der Kontakte 12, 15 zur Folge hat. Bei thermischen Überstromsicherungen beispielsweise geht die Abkühlung nicht rasch genug vor sich, was zur Folge hat, daß bei wiederholten Betätigungen Wärme aufgespeichert wird, was zum unerwünschten Ansprechen führen kann. Bei Einrichtungen mit Verzögerungen durch einen Stoßdämpfer wird die Rückstellwirkung durch den Stoßdämpfer verlangsamt, so daß es vorkommen kann, daß die Einrichtung nicht bis zu ihrem Ausgangszustand zurückgebracht wird. Wenn sich diese Wirkungen bei wiederholten Betätigungen summieren, kann ein unerwünschtes Ansprechen der Einrichtung stattfinden.
Die Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung eignet sieh nicht nur für einen weiteren Bereich von Anwendungsfällen und Aufgaben, sondern ermöglicht auch infolge der Genauigkeit, mit der sie eingestellt werden kann, eine Einstellung im Herstellwerk, so daß eine beträchtliche Zeiteinsparung an der Einbaustelle erzielt werden kann, außerdem ist auch nur eine sehr geringfügige Wartung erforderlich. Da das Gerät sichtbar angeordnet wird, kann leicht erkannt werden, ob es arbeitet, wenn die Hülse 36 in Tätigkeit tritt, um die Kontakte 80, 84 jedesmal, wenn ein Einschaltvorgang stattfindet, voneinander zu trennen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Überstromschutzeinrichtung mit einem Arbeitselektromagneten und einem Hemmungselektromagneten, dessen Feld demjenigen des Arbeitselektromagneten entgegenwirkt, sowie mit einem elektromagnetisch betätigten Schalter, der den zu überwachenden Stromkreis öffnet, wenn das Feld des Arbeitselektromagneten dasjenige des Hemmungselektromagneten überwindet, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten eines bestimmten Überstromes der Arbeitselektromagnet (PM) einen ersten Hilfskontakt (PC 2) betätigt und damit in dem Hemmungselektromagneten (RM) die Erzeugung eines abnehmenden Feldes bewirkt, dessen Abnahme unabhängig von der Stärke des Überstromes ist, und daß bei fortdauerndem überstrom das Feld des Arbeitselektromagneten infolge der Abnahme des Feldes des Hemmungselektromagneten die Öffnung eines zweiten Hilfskontaktes (PC 1) bewirkt, der die Erregung eines Schützes (K) zwecks Auftrennung des zu überwachenden Stromkreises abschaltet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichstromquelle über den ersten Hilfskontakt (PC2) mit der Spule des Hemmungselektromagneten (RM) verbunden ist, die auf die Erregung des Arbeitselektromagneten (PM) bei überlaststrom einer bestimmten Höhe anspricht, so daß bei Betätigung des ersten Hilfskontaktes (PC 2) die Abschaltung des Hemmungselektromagneten (RM) von der Stromzufuhr eingeleitet wird, derart, daß der Hemmungselektromagnet weiterhin unter einem Einfluß verbleibt, durch den ein allmähliches Absinken des Stromflusses in der Spule des Hemmungselektromagneten bewirkt wird, wodurch ein verzögerter Abfall der durch den Hemmungselektromagneten erzeugten Erregung erreicht wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Spule des Hemmungselektromagneten ein Kondensator (86) verbunden ist, dessen Entladung einen Strom abnehmender Stärke in der Hemmungselektromagnetspule beim Abschalten derselben von ihrer Stromquelle durch den ersten Hilfskontakt (PC 2) fließen läßt.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hilfskontakt (PC 2) beim Absinken der Überstromstärke unter einen bestimmten Wert vor der Betätigung des zweiten Hilfskontaktes (PC 1) rasch die erneute Zuschaltung des Hemmungselektromagneten an die Stromquelle bewirkt.
5. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 4 mit einem beweglichen Teil, der durch den Arbeitselektromagneten betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hemmungselektromagnet (RM) eine Kraft ausübt, die der Betätigung des beweglichen Teiles (37) durch den Arbeitselektromagneten entgegenwirkt, zunächst jedoch .eine begrenzte Bewegung des beweglichen Teiles bei der Erregung des Arbeitselektromagneten durch einen Überstrom über den bestimmten Wert hinaus zuläßt, und daß über den ersten Hilfskontakt (PC 2) die Spule des Hemmungselektromagneten von der Stromquelle durch die begrenzte Bewegung des beweglichen Teiles abgeschaltet wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 5 zum Schutz gegen Überströme in mehreren Stromkreisen, dadurch gekennzeichnet, daß die überstromschutzeinrichtung mehrere Arbeitselektromagneten (40, 41, 42) mit einem gemeinsamen beweglichen Teil (37) aufweist, deren Spulen (PM) jeweils in einen dieser Stromkreise geschaltet sind, und daß die Größe der durch die Arbeitselektromagneten zur Bewegung des beweglichen, Teiles ausgeübten Kraft von der Stärke des Überstromes in den Stromkreisen abhängt, die vom zweiten Hilfskontakt (PC 1) gesteuert werden.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil (37) durch durch einen oder mehrere Arbeitsmagneten (40, 41, 42) unter überstrombedingungen zur Betätigung des ersten Hilfskontaktes (PC2) betätigbar ist, um den Hemmungselektromagneten (RM) von seiner Stromquelle abzuschalten und eine Kraft zur Betätigung des zweiten Hilfskontaktes (PC 1) auszuüben, die der durch den Hemmungselektromagneten ausgeübten abfallenden Kraft entgegenwirkt. B.
Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Betätigungsvorrichtung (36, 34, 74) zwischen den beweglichen Teil (37) und den ersten Hilfskontakt (PC 2, 80184) eingefügt ist, derart, daß der bewegliche Teil (37) bei Auftauchen von überstrom in irgendeiner Spule der Arbeitselektromagneten (40, 41, 42) angeschlossen wird, um eine Verschiebebewegung der Betätigungsvorrichtung zum Betätigen des ersten Hilfskontaktes hervorzurufen, während der Hemmungselektromagnet eine abklingende Kraft ausübt, die der Verschiebebewegung entgegengesetzt ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 6 bis 8 für eine Anlage veränderlicher Spannung, bei welcher ein Gleichstrommotor durch einen Gleichstromgenerator veränderlicher Spannung gespeist wird, der durch einen Motor angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitselektromagneten mit ihren Spulen (PM) in den Generatoranker-Arbeitsmotoranker-Kreis und in den erwähnten Speisestromkreis geschaltet sind, und daß der zweite Hilfskontakt (PC 1) bei seiner Betätigung die Abschaltung des Antriebsmotors von seinem Speisestromkreis bewirkt.
10. Einrichtung nach Anspruch 6 bis 8 für einen Dreiphasen-Wechselstrom-Arbeitsmotor mit zwei Geschwindigkeitsstufen, bei der die überstromschutzvorrichtung drei Arbeitselektromagneten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (PM) von zwei Arbeitselektromagneten von dem Strom in den Speiseleitungen (I, 1I, 11I) gespeist werden und daß an die dritte Spule (PM) eine Spannung angelegt werden kann, solange der Motor (FS, SS, HR) für den Betrieb mit kleiner Drehzahl geschaltet ist, und daß eine Vorrichtung (G) zur Steuerung der Zuschaltvorrichtung vorgesehen ist, bei der die Schalteinrichtung (PC 1) die Zuschaltvorrichtung (G) steuert und daß das Betätigungsteil (37) für die Schalteinrichtung auf das Fließen eines 17berstromes in der Spule eines der beiden Arbeitselektromagneten, die dem Stromfluß in den Speiseleitungen ausgesetzt sind, oder auf das Anlegen einer Spannung an die dritte Spule anspricht.
11. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8 für einen mehrphasigen Wechselstrommotor mit mehrphasigen Wechselstromspeiseleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Wicklungen (PM1, PM2) der Arbeitselektromagneten in die Speiseleitungen eingeschaltet sind und durch eine Steuervorrichtung (C1, C2) zum Anschluß und Trennen des Motors an und von den Speiseleitungen betätigt werden, von welchen Gleichstrom zur Wicklung des Hemmungselektromagneten und zum ersten Hilfsmotor (PC 2) geleitet wird, der beim Antreten von Überstrom in den Überstromspeiseleitungen anspricht.
12. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil (37) und die ersten sowie die zweiten Hilfskontakte (PC 2, PC 1) hintereinandergeschaltet sind und daß eine Vorrichtung (23, 25) vorgesehen ist, um den zweiten Hilfskontakt (PC 1) normalerweise in Eingriffsstellung zu sperren, welche nach Außereingriffbringen des ersten Hilfskontaktes (PC2) und nach Einwirken des Hemmungselektromagneten (RM, 60) bei Auftauchen von Überstrom bestimmter Größe freigegeben wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1015 908; USA.-Patentschrift Nr. 1191146.