DE1588792B2

DE1588792B2 - Thermischer ausloeser

Info

Publication number: DE1588792B2
Application number: DE19671588792
Authority: DE
Inventors: Harold Eugene Village of Bayside Karch Walter Charles Grafton Wis McFadden David Breen Freeport 111 Whiting, (V St A)
Original assignee: Square D Co , Park Ridge, 111 (V St A )
Priority date: 1966-10-18
Filing date: 1967-10-18
Publication date: 1971-09-30
Also published as: US3422317A; DE1588792A1; FR1548485A; GB1173639A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen thermischen hoher Überlast benötigte Auslösezeit durch Verkür-

Auslöser zum Schutz von Mehrphasenstromkreisen zung des Bewegungsweges des anderen Hebels be-

gegen Überstrom und unsymmetrische Belastung mit einflußbar ist.

einem in jeder Phase angeordneten, durch Heiz- Die Erfindung wird nachstehend an Hand der

elemente beheizten Bimetallstreifen und zwei von 5 Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert,

diesen beeinflußten, unabhängig voneinander beweg- Es zeigt

lieh gelagerten Hebeln, von denen der eine Hebel mit F i g. 1 einen thermischen Auslöser gemäß der Er-

einem Schalterbetätigungsglied gekuppelt und der findung in schematischer, perspektivischer Darstel-

andere Hebel die endseitig befestigten Bimetallstrei- lung und

fen trägt, deren freies Ende in einer Bewegungsrich- io F i g. 2 einzelne Teile des Auslösers nach F i g. 1 in

tung sich gegen einen festen Anschlag und in der schematischer Darstellung.

anderen Bewegungsrichtung gegen den einen Hebel In F i g. 1 und 2 besitzt ein thermischer Auslöser

anlegen kann, bei welchem Auslöser an dem anderen 10 ein Gehäuse 12, das aus Isoliermaterial geformt

Hebel der Hebelbewegung entgegenwirkende Feder- ist. In dem Gehäuse 12 sind zwei Hebel 14,16

mittel angekuppelt sind, durch welche eine Bewegung 15 schwenkbar gelagert. Zu diesem Zweck besitzt der

des einen Hebels durch die von den Heizelementen Hebel 14 einen Stift 18 und der Hebel 16 einen Stift

beheizten Bimetallstreifen so lange verhindert ist, bis 20 an dem einen Ende, während an dem anderen

die von den Federmitteln ausgeübte Federkraft gleich Ende der Hebel 14,16 entsprechende nicht bezeich-

der von dem Schalterbetätigungsglied ausgeübten nete Stifte vorgesehen sind. Die Stifte legen sich in

Schalterbetätigungskraft ist. 20 entsprechende Ausnehmungen von Leisten 21 ein, die

Ein thermischer Auslöser mit diesen Merkmalen ist am Boden des Gehäuses 12 befestigt sind. Daher in der Praxis bekanntgeworden. Beim Auftreten einer können sich freie Enden 22 und 24 der Hebel 14 und Überlast erfolgt die Abschaltung des Stromkreises 16 unabhängig voneinander bewegen,
nach einer bestimmten Ansprechzeit. Die Größe die- Zwischen den Hebeln 14 und 16 sind vier gleiche ser Ansprechzeit entspricht der Zeitspanne, die er- 25 U-förmige Bimetallstreifen 26, 28, 30 und 32 anforderlich ist, um die Bimetallstreifen auf eine Tem- geordnet, welche Arme 26 a, 26 b, 28 a, 28 b, 30 a, peratur zu erwärmen, bei der die Auslösung erfolgt. 30 b und 32 a, 32 b besitzen. Die Arme der vier Bi-Insbesondere dann, wenn sich die Heizelemente und metallstreifen spreizen sich in Richtung von Pfeilen Bimetallstreifen im kalten Zustand befinden, bei- 26 c, 28 c, 30 c und 32 c, wenn die Bimetallstreifen spielsweise weil der von dem Auslöser geschützte 30 erhitzt werden. Die Bimetallstreifen 26,28 und 30 Stromkreis abgeschaltet gewesen ist, dauert es ver- sprechen jeweils auf die Wärme an, die in einem behältnismäßig lange, bis die Bimetallstreifen auf die sonderen Stromkreis erzeugt wird, während der Bifür die Auslösung erforderliche Temperatur erwärmt metallstreifen 32 zur Kompensation der Umgebungssind. Ein thermischer Auslöser ähnlicher Art, bei temperatur dient. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, wirdem die Bimetallstreifen unmittelbar stromdurchflos- 35 ken die Bimetallstreifen 26,28 und 30 jeweils mit sen sind und keine zugeordneten Heizelemente auf- entsprechenden Heizelementen 34,36 und 38 zuweisen, ist in der schweizerischen Patentschrift sammen.

403 037 beschrieben. Auch bei diesem Auslöser er- Aus Gründen der Klarheit ist in F i g. 1 lediglich

folgt die Auslösung nach einer bestimmten Ansprech- ein einziges Heizelement 34 dargestellt, das mit dem

zeit, die erforderlich ist, um die Bimetallstreifen auf 40 Bimetallstreifen 26 zusammenwirkt. Wenn der Aus-

die Auslösetemperatur zu erwärmen. Hierbei sind löser 10 für einen nicht dargestellten Dreiphasen-

keine besonderen Vorkehrungen- getroffen, um die motor verwendet wird, sind die Heizelemente 34,36

Ansprechzeit von der Größe des auftretenden Über- und 38 derart geschaltet, daß sie von dem Strom in

laststromes etwa in dem Sinne abhängig zu machen, den einzelnen Motorwicklungen erhitzt werden. Auch

daß beim plötzlichen Auftreten besonders großer 45 die Heizelemente 34,36 und 38 besitzen U-förmige

Überlastströme eine wesentlich schnellere Abschal- Gestalt und sind zwischen den Armen der U-förmigen

tung des geschützten Stromkreises erfolgt. Bimetallstreifen 26,28,30 angeordnet, so daß die in

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ihnen erzeugte Wärme auf die Bimetallstreifen einthermischen Auslöser der eingangs genannten Art in wirkt. Die Enden der Arme 26 a, 28 α und 30 α der dem Sinne zu verbesern, daß die Ansprechzeit des 50 Bimetallstreifen 26,28 und 30 sind mit Hilfe von Auslösers von der Art der auftretenden Überlast ab- Nieten 40 an dem freien Ende 22 des Hebels 14 behängig ist, derart, daß beim plötzlichen Auftreten festigt. Die Enden der Arme 26 b, 28 b und 30 b der eines abnormalen großen Überlaststromes die An- Bimetallstreifen sind nicht befestigt und liegen gegen Sprechzeit verkürzt ist. Diese Verkürzung der An- das freie Ende 24 des Hebels 16 an. An dem Hebel Sprechzeit ist beispielsweise dann von erheblicher Be- 55 16 befindet sich ein Ansatz: 42_r der gegen ein Bedeutung, wenn beim Einschalten eines Motors oder tätigungsglied 44 eines Schnappschalters 46 anliegt, eines elektrischen Geräts ein Kurzschluß auftritt, der Dieser Schnappschalter 46 ist vorzugsweise derart sehr große Kurzschlußströme zur Folge hat, die zu beschaffen, daß eine geringe Bewegung des Betäti-Zerstörungen führen, wenn nicht eine rasche Ab- gungsgliedes 44 genügt, um seine Kontaktstücke unter schaltung vorgenommen wird. 60 einem Schnappeffekt aus der Schließlage in die Offen-

Diese Aufgabe wird bei einem thermischen Aus- lage zu überführen.

löser der eingangs genannten Art gemäß der Erfin- Die Enden der Arme 26 b, 28 b und 30 b der Bi-

dung dadurch gelöst, daß ein zusätzlicher Bimetall- metallstreifen liegen zwischen dem freien Ende 24

streifen vorgesehen ist, der mit dem anderen Hebel des Hebels 16 und festen Anschlägen 48, die einen

koppelbar und von den Heizelementen in einem 65 Teil des Gehäuses 12 bilden. Wie aus F i g. 1 ersicht-

unterschiedlichen Maße gegenüber den Bimetallstrei- lieh ist, begrenzen die Anschläge 48 die Bewegung

fen erwärmbar ist, und daß durch diesen zusätzlichen der Enden der Arme 26 b, 28 b und 30 b in Richtung

Bimetallstreifen die von den Bimetallstreifen bei auf den Hebel 14.

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Der Bimetallstreifen 32 zur Kompensation der Um- Hebels 14 nach links, nachdem sich der Arm 32 b gebungstemperatur weist Arme 32 α und 32 b auf, die gegen den Anschlag 64 angelegt hat, wird durch den sich bei einer Erhöhung der Umgebungstemperatur Bimetallstreifen 32 aufgehalten, der als Feder wirkt

spreizen. Der Arm 32 α ist an dem Hebel 14 durch und die gleiche Federcharakteristik besitzt wie die

einen Niet 50 befestigt. Der Arm 32 b ist in seiner 5 Bimetallstreifen 26,28 und 30. Die Bewegung des

Lage gegenüber dem Gehäuse 12 mit Hilfe eines Ein- Hebels 14 nach links setzt sich fort, bis die von den Stellgliedes 52 einstellbar. Das Einstellglied 52 weist Bimetallstreifen 26,28 und 30 ausgeübte Kraft, der

eine Welle 56 mit einem Gewindeteil 58, einen Dreh- von dem Bimetallstreifen 32 entgegengewirkt wird,

knopf 60, einen Teil 62, der durch eine Öffnung in bei einer Größe verbleibt; die kleiner ist als diejenige

dem Arm 32 b hindurchgeht, und einen Anschlag 64 io der Kraft; die notwendig ist; das Betätigungsglied 44

auf, der an dem Ende des Teils 62 ausgebildet ist. wirksam zu machen und den Schnappschalter 46 zu

Der Anschlag 64 kann sich an die Innenfläche des betätigen.

Arms 32 b anlegen und auf diese Weise die Be- Wenn der durch die Heizelemente 34,36 und 38

wegung des Arms 32 b auf den Arm 32 α zu begren- hindurchfließende Strom größer als normal ist_t ver-

zen. Die öffnung im Arm 32 b ist groß genug, damit \$ größert sich die von den Bimetallstreifen 26,28 und

sich der Arm 32 b bewegen kann* ohne mit dem Teil 30 ausgeübte Kraft; welcher der Bimetallstreifen 32

62 der Welle 56 in Berührung zu kommen. Der Dreh- entgegenwirkt; fortschreitend auf einen Wert, wie er

knopf 60 versetzt die Welle 56 in eine Drehbewegung, notwendig ist, um das Betätigungsglied 44 zu be-

und da der Gewindeteil 58 in die Wand des Gehäu- wegen und den Schnappschalter 46 zu betätigen,

ses 12 eingeschraubt ist, wird hierdurch die relative 20 Wenn eine der Phasen des durch den Auslöser 10 ge-

Lage zwischen dem Anschlag 64 und dem Arm 32 b schützten Motors ausfällt, werden zwei Heizelemente

. verändert. erhitzt, während das dritte Heizelement nicht erhitzt

Der Auslöser 10 weist noch einen weiteren Bi- wird.- Wenn man die Situation annimmt,- in weicher

metallstreifen 66 auf, der zur Beschleunigung der Aus- der mit dem Heizelement 38 verbundene Strömkreis

lösung dient. Dieser Bimetallstreifen 66 kann anders- 25 offen ist und daher in ihm kein Strom fließt, während

artig ausgebildet sein und eine andere Belastungs- die Stromkreise mit den Heizelementen 34 und 36

kennlinie besitzen als die Bimetallstreifen 26; 28,- 30 einem sehr großen Strom ausgesetzt sind, würde der

und 32. Sein Arm 66 α ist an dem Gehäuse 12 be- Auslöser 10 folgendermaßen arbeiten:

festigt, während sich sein Arm 66 b gegen den Hebel Die Wärmewirkung der abnormal großen Strom-

14 anlegen kann. Der Bimetallstreifen 66 besitzt die 30 stärke in den Heizelementen 34 und 36 verursacht

gleiche Biegecharakteristik wie die Bimetallstreifen eine Bewegung der Arme 26 α und 28 ä nach links

26,28,30 und 32 und ist derart ausgebildet, daß die und der Arme 26 b und 28 b nach rechts. Die Be-

Enden der Arme 66 α und 66 b sich aufeinander- wegung der Arme 26 b und 28 b nach rechts bewirkt,

zubewegen, wenn der Bimetallstreifen 66 erhitzt wird. daß sich auch der Hebel 16 nach, rechts bewegt und

Der Bimetallstreifen 66 ist in dem Gehäuse 12 derart 35 auf das Betätigungsglied 44 eine Kraft ausübt., \Väh-

angeordnet, daß er von den Heizelementen 34,36 rend die Bewegung des.Hebels 16 an..dem Betäti-

und 38 in geringerem Maße erhitzt wird als die Bi- gungsglied 44 beendet wird, drücken die Arme 26 a

metallstreifen 26,28 und 30. Die Wirkungsweise des und 28 q den Hebel 14 und den Bimetallstreifen 32

Auslösers 10 ist folgende (F i g. 2): nach links. Der Bewegung des Hebels. 14 nach links

Bei normaler Umgebungstemperatur und im Ruhe- 40 wird von dem Bimetallstreifen 30 Widerstand gezustand sind die Heizelemente 34,· 36 und 38 nicht leistet, sobald der Arm 30 b\ auf den Anschlag 48 aufunter Strom und die Arme der Bimetallstreifen26,28 trifft. Nachdem der Hebei-14. einen vorbestimmten und 30 sowie des Bimetalistreifens 66 sind ohne Weg nach links zurückgelegt hat ,und. in eine Lage Spannung.· Daher wirkt auf die Hebel 14 und 16 kei- gekommen ist, in der der Arm 32 b sich gegen den nerlei Kraft ein, und diese können in dem Gehäuse 12 45 Anschlag 64 anlegt, wird der weiteren Bewegung des frei hin- und herschwingen.- Demgemäß kann sich der Hebels 14 nach links von den beiden Bimetallstreifen Hebel 16 entweder gegen das Betätigungsglied 44 30 und-32 Widerstand geleistet,-die beide als Gegenoder die Enden der Arme 26 δ,-28 ö und 30 b an- federn wirken und die gleiche Federcharakteristik belegen, ohne auf das Betätigungsglie'd oder die Arme sitzen wie die wirksamen Bimetallstreifen: 26' und 28. eine Kraft auszuüben.· Ebenso ist der Hebel 14 außer 50 Die Bewegung des Hebels 14 nach links setzt sich Anlage mit dem Arm66&, während sich der Arm fort, bis die von den Bimetallstreifen'26 und 28 aus_r 32 & in einem vorbestimmten Abstand von dem An- geübte Kraft, der von den Bimetallstreifen; 30. und 32 schlag 64 befindet. __ entgegengewirkt wird, die. Größe erreicht hat, die

Wenn alle Heizelemente 34,36 und 38 durch den derjenigen der Kraft gleicht, die zur Bewegung desnormalen Motorstrom erhitzt werden, spreizen sich 55- Betätigungsgliedes 44 des· Schnappschalter 46 erfordie Arme 26a,26b,28la,28\b und .3Oa,30b. Die derlich ist.

Bewegung der Arme 26 6,28 b und 30\b nach rechts Während er auch für andere Arten von Motorverursacht eine Bewegung auch des- Hebels 16 nach Stromkreisen verwendbar ist,· ist der vorliegende therrechts, wodurch auf das Betätigungsglied 44' des mische Auslöser für einen Stromkreis besonders ge-Schnappschalters 46 eine Kraft ausgeübt wird. 60 eignet, in dem ein Stern-Dreieck-Transformator zur

Der Betätigungsmechanismus des Schnappschalters Speisung eines Dreiphasenmotors dient. Im Falle

46 widersteht zunächst dieser Kraft. eines Ausfalls in einer der Phasen auf der Primär-

Während der Hebel 16 an der weiteren Bewegung seite des Transformators werden zwei Phasen des

nach- rechts durch die Gegenkraft des Betätigungs- Motors mit einem etwas erhöhten Strom erregt, wäh_:

gliedes 44 gehindert wird, bewegen die Arme 26 a, 65 rend die dritte Phase mit einem Strom erregt wird,

28 α und 30 α den Hebel 14 und den Bimetallstreifen der über zweimal so groß ist wie der normale Strom.

32 nach links in eine Lage, in welcher der Arm 32 b Wenn daher ein von einem Stern-Dreieck-Transfor-

den Anschlag 64 berührt. Die weitere Bewegung des mator gespeister Dreiphasenmotor mit einer Leistung

arbeitet, die erheblich unter seiner Nennleistung liegt und in einer der Phasen auf der Primärseite des Transformators ein Ausfall eintritt, werden zwei Phasen des Motors mit Strömen gespeist, die kleiner sind als die normalen Ströme, die notwendig sind, um den Auslöser 10 zu betätigen, während die dritte Phase mit einem Strom gespeist wird, der wesentlich größer ist als die normalen Ströme. In dem Auslöser 10 wird in diesem Falle eines der Heizelemente 34,36 und 38 sehr stark aufgeheizt, während die beiden anderen Heizelemente weniger als im Normalfalle aufgeheizt werden. Wenn man annimmt, daß die mit den Heizelementen 36 und 38 verbundenen Stromkreise von kleineren Strömen als die normalen Ströme durchflossen sind, während der mit dem Heizelement 34 verbundene Stromkreis einem Strom mit einer sehr großen Stromstärke ausgesetzt ist, arbeitet der Auslöser 10 folgendermaßen:

Die Wärmewirkung des übermäßig hohen Stroms in dem Heizelement 34 bewirkt, daß sich der Arm 26 α nach links und der Arm 26 b nach rechts bewegt. Die Bewegung des Arms 26 b nach rechts hat zur Folge, daß sich auch der Hebel 16 nach rechts bewegt und sich unter Druck gegen das Betätigungsglied 44 anlegt. Während die Bewegung des Hebels 16 von dem Betätigungsglied 44 gehindert wird, drückt der Arm 26 α den Hebel 14 und den Bimetallstreifen 32 nach links. Dieser Bewegung des Hebels 14 nach links wird von den Bimetallstreifen 28 und 30 entgegengewirkt, sobald die Arme 28 b und 30 b gegen den Anschlag 48 treffen. Nachdem sich der Hebel 14 über eine vorbestimmte Strecke nach links bewegt hat, bis in eine Stellung, in welcher der Arm 32 b auf den Anschlag 64 trifft, wird der weiteren Bewegung des Hebels 14 nach links von den Bimetallstreifen 28,30 und 32 Widerstand entgegengesetzt, von denen jeder als Feder wirkt mit der gleichen Federcharakteristik wie diejenige des wirksamen Bimetallstreifens 26. Die Bewegung des Hebels 14 nach links setzt sich fort, bis die von 'dem Bimetallstreifen 26 ausgeübte Kraft, der von den Bimetallstreifen 28, 30 und 32 entgegengewirkt wird, die gleiche Größe erlangt hat wie die Kraft, die notwendig ist, um das Betätigungsglied 44 zu bewegen und den Schnappschalter 46 zu betätigen.

Die Hebel und Bimetallstreifen des Auslösers 10 sind derart ausgebildet und angeordnet, daß der Schnappschalter 46 betätigt wird, auch dann, wenn nur ein Teil der Bimetallstreifen 26,28 und 30 auf eine Temperatur erhitzt wird, die kleiner ist als diejenige, die auftritt, wenn alle Bimetallstreifen 26,28 und 30 erhitzt werden.

Bei früheren Konstruktionen von thermischen Auslösern ist die Geschwindigkeit, mit welcher der Auslöser beim Auftreten eines Überstromes auslöst, abhängig von der Größe des Überstromes und der Menge der Wärme, die von den Heizelementen, durch welche der Überstrom fließt, auf die entsprechenden Bimetallstreifen übertragen wird. Bei dem vorliegenden thermischen Auslöser wird die Auslösegeschwindigkeit mit Hilfe des Bimetallstreifens 66 vergrößert, der folgendermaßen wirkt:

Wenn die Heizelemente von Normalströmen durchflossen sind, wird ein Teil der erzeugten Wärme, wie bereits oben beschrieben, über die Arbeitsbimetallstreifen 26,28 und 30 hinweg dem Bimetallstreifen 66 durch Konvektion zugeführt. Demzufolge werden die Enden der Arme 66 α und 66 b aufeinanderzubewegt, wobei sich der Arm 66 b von dem Hebel 14 fortbewegt, und zwar zumindest in demselben Maß, wie der Hebel 14 von den Bimetallstreifen 26,28 und 30 vorwärtsbewegt wird. Daher hat der Bimetallstreifen 66 keinen Einfluß auf die Wirkungsweise des Auslösers 10, solange normale Arbeitsbedingungen vorliegen.

Wenn dagegen der Auslöser sich in einem kalten, unwirksamen Zustand befindet und plötzlich ein abnormal großer Strom beipielsweise von sechsfacher Größe gegenüber dem Normalstrom durch die Heizelemente 34,36 und 38 fließt, und dies über eine abnormal lange Zeit, werden die Bimetallstreifen 26,28 und 30 in vollem Maße der Wärme, die von dem Überstrom während der gesamten Dauer seines Bestehens erzeugt wird, ausgesetzt und sprechen demgemäß an, während die Konvektionswärme den Bimetallstreifen 66 mit Verzögerung erreicht. Demgemäß wird der Bimetallstreifen 66 nicht wesentlich abgebogen. Daher wird der Hebel 14, der unter den vorbeschriebenen normalen Bedingungen nur von dem Bimetallstreifen 32 festgehalten worden ist, unter den nunmehr herrschenden abnormalen Bedingungen, die durch ein plötzliches Auftreten eines Stromes übermäßig großer Stromstärke über einen abnormal langen Zeitraum in den Heizelementen 34,36 und 38 hervorgerufen worden sind, zusätzlich noch von dem Bimetallstreifen 66 festgehalten. Daher ist eine geringere Temperaturdifferenz und eine kleinere Zeit notwendig, um eine ausreichende Kraft mit Hilfe der Bimetallstreifen 26,28 und 30 zu erzeugen, die auf das Betätigungsglied 44 einwirkt und den Schnappschalter 46 betätigt.

Claims

Patentansprüche:

1. Thermischer Auslöser zum Schutz von Mehrphasenstromkreisen gegen Überstrom und unsymmetrische Belastung mit einem in jeder Phase angeordneten, durch Heizelemente beheizten Bimetallstreifen und zwei von diesen beeinflußten, unabhängig voneinander beweglich gelagerten Hebeln, von denen der eine Hebel mit einem Schalterbetätigungsglied gekuppelt und der andere Hebel die endseitig befestigten Bimetallstreifen trägt, deren freies Ende in einer Bewegungsrichtung sich gegen einen festen Anschlag und in der anderen Bewegungsrichtung gegen den einen Hebel anlegen kann, bei welchem Auslöser an dem anderen Hebel der Hebelbewegung entgegenwirkende Federmittel angekuppelt sind, durch welche eine Bewegung des einen Hebels durch die von den Heizelementen beheizten Bimetallstreifen so lange verhindert ist, bis die von den Federmitteln ausgeübte Federkraft gleich der von dem Schalterbetätigungsglied ausgeübten Schalterbetätigungskraft ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Bimetallstreifen (66) vorgesehen ist, der mit dem anderen Hebel (14) koppelbar und von den Heizelementen (34,36,38) in einem unterschiedlichen Maße gegenüber den Bimetallstreifen (26,28,30) erwärmbar ist, und daß durch diesen zusätzlichen Bimetallstreifen (66) die von den Bimetallstreifen (26,28,30) bei hoher Überlast benötigte Auslösezeit durch Verkürzung des Bewegungsweges des anderen Hebels (14) beeinflußbar ist.

2. Thermischer Auslöser nach Anspruch 1, da-

durch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Bimetallstreifen (66) eine von den Federmitteln (32) verschiedene Charakteristik aufweist und sich gegen den anderen Hebel (14) anlegen kann.

3. Thermischer Auslöser nach Anspruch 2, da-

durch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Bimetallstreifen (66) U-förmig gebogen und mit einem Schenkel am Gehäuse (12) befestigt ist und mit seinem anderen freien Schenkel auf den anderen Hebel (14) einwirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen