DE1763589A1

DE1763589A1 - UEberlastschutzeinrichtung fuer eine elektrische Last

Info

Publication number: DE1763589A1
Application number: DE19681763589
Authority: DE
Inventors: Obenhaus Robert Edward
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1967-08-28
Filing date: 1968-06-28
Publication date: 1971-07-01
Also published as: DE1763589C3; FR1576919A; US3526809A; GB1231665A; DE1763589B2

Description

OH.-IN«. DI*L.

HÖGER-STELL IM - HAECKER

PATeNTANWiUTE IN STUTTGART 1763589

A 36-553 h ■■■■■■

Ü.S.Ser.No. 663,709

T*.

Texas Instruments ^g-rporated, Dallas, Texas, U.S.A.

Überlastschutzeinrichtung für eine elektrische Last

Die Erfindung "betrifft eine Überlastschutzeinrichtung für % eine elektrische last. ■

Bisher bekannte Einrichtungen zum Schutz einer elektrischen Last, beispielsweise eines Motors, gegen eine Überlastung sind aus elektromechanischen Schaltelementen aufgebaut und daher im Aufbau und Betrieb relativ teuer und störanfällig.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Überlastschutzeinrichtung zu schaffen, die billig in der Herstellung und μ im Betrieb ist und äußerst zuverlässig arbeitet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Überlastschutzeinrichtung gelöst, die durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:

einen unter dem Einfluß des von der elektrischen Last gezogenen Stromes stehenden Stromfühler mit einem Widerstandsheizkörper zur Erzeugung einer sich in Abhängigkeit des

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Belastungsstromes ändernden Wärmemenge und mit einer Thermistöreinrichtung, die unter dem Einfluß dieser erzeugten Wärmemenge steht, um beim Auftreten eines Überlaststromes ein Signal zu liefern;

einen thermoelektrischen Zähler zum Zählen der nacheinander erfolgenden Signale der Thermistoreinrichtung, mit einem zweiten Heizkörper zur Erzeugung von Wärme in Abhängigkeit von diesen Signalen, und mit einem zweiten Thermistor, der von der Wärme des zweiten Heizkörpers beeinflußt wird;

eine mittels des Zählers gesteuerte und vom Widerstand des zweiten Thermistors abhängige Schalteinrichtung zum Abschalten der last, sobald der zweite Heizkörper von einem der Signale über einen bestimmten Wert erregt worden ist, und zum Wiedereinschalten der Last eine bestimmte Anzahl von Male, nachdem der Stromfühler im Anschluß an ein Abschalten der Last abgekühlt ist, wobei bei aufrechterhaltenem Oberlastzustand die Last nach der bestimmten Anzahl von Wiedereinschaltungen abgeschaltet bleibt.

Unter den verschiedenen Merkmalen der vorliegenden Erfindung ist zunächst die Verwendung einer Einrichtung zum genauen Abfühlen des von der elektrischen Last gezogenen Stromes und die Verwendung einer solchen Einrichtung zum

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Abschalten einer elektrischen Last "bei Überlas^bedingungen zu erwähnen. Eine solche Einrichtung spricht verzögert an, so daß sie auch bei elektrischen Lasten wie Induktionsmotoren verwendet werden kann, bei denen auch während eines normalen Startvorganges ein starker Strom gezogen wird. Außerdem ist die Verwendung einer Einrichtung hervorzuheben, welche ein mehrmaliges Wiedereinschalten der Belastung, und zwar eine bestimmte Anzahl von Male, erlaubt, so daß eine Selbstheilung eines Fehlers eintreten kann. Sollte je- a doch der Fehlerzustand anhalten, wird die Last schließlich dauernd abgeschaltet. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete derartige Vorrichtung ist äußerst zuverlässig, einfach im Aufbau und billig.

Bei einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes weist der Stromfühler einen koaxialen Aufbau auf und besteht aus einer länglichen Elektrode, einer rund um diese Elektrode angeordneten Halbleiterschicht mit einem sich mit der Temperatur ändernden Widerstand, und einem rohrförmigen Mantel aus elektrisch leitendem Material, der die Halbleitermaterialschicht umschließt. Der Stromfühler weist außerdem einen Aufbau auf, der einen Fluß des zu erfühlenden Stromes durch den Mantel hindurch gewährleistet und dabei den Stromfühler auf einen Wert erwärmt, der sich in Abhängigkeit von dem BelastungsstronL ändert, wodurch der zwischen der Elektrode

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BAD ORSGlNAt

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und dem Mantel bestellende Widerstand im Halbleitermaterial sich als eine Funktion des Belastungswiderstandes ändert.

Weitere Merkmale und.Torteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, auf der ein Ausführungsbeispiel einer Überlastschutzeinrichtung gemäß der Erfindung mehr oder weniger schematisch dargestellt ist.

Im einzelnen zeigen:

Pig. 1 ein Blockschaltdiagramm einer Einrichtung zum Schutz einer elektrischen Last, beispielsweise eines Motors, bei Überlastbedingungen;

Pig. 2 eine Barstellung eines koaxialen Stromfühlers, wie er in einer Einrichtung gemäß Figur 1 verwendet wird, teilweise im Schnitt;

Pig. 3 die Seitenansicht eines in der Einrichtung nach Figur 1 verwendeten elektrothermischen Zählers oder Akkumulators;

Pig. 4 ein schematisches Schaltdiagramm der Einrichtung nach Figur 1.

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In allen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In Figur 1 ist die zu schützende elektrische Last mit der Bezugsziffer 11 gekennzeichnet. Die last 11 kann beispielsweise einen Induktionsmotor aufweisen, der unter normalen Startbedingungen einen starken Strom zieht und dessen Stromversorgung "bei" solch einem normalen Start nicht unterbrochen werden soll, sondern nur, wenn er wegen eines blockierten oder stark schlupfenden Hotors fortfahren sollte, einen sehr starken Strom zu ziehen. Die Stromversorgung der elektrischen last 11 wird üblicherweise mittels eines Schaltrelais 13 gesteuert/Der von der last gezogene Strom wird mittels eines Stromfühlers gemessen, der allgemein mit der Bezugsziffer 15 bezeichnet ist und der - wie nachstehend nach im einzelnen beschrieben wird - so arbeitet, daß er ein Signal erzeugt, wenn die last 11 einen Überlaststrom über eine größere Zeitdauer zieht. Die vom Stromfühler 15 erzeugten Signale werden mit Hilfe eines Zählers gezählt, der allgemein mit der Bezugsziffer 17 bezeichnet ist und nachfolgend ebenfalls noch im einzelnen beschrieben wird« Ein Steuerkreis 19 steuert den Betrieb des Schaltrelais 13 in Abhängigkeit vom Stromfühler 15 und vom Zähler 17, um die Last immer abzuschalten, wenn der Stromfühler 15 ein . einen Überlastungszustand anzeigendes Signal erzeugt, und

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um die I<ast 'ine vorbestimmte Anzahl von Male wieder an die Stromquelle zu legen, nachdem der Stroiäftinier nach dem Abschalten der Last abgekühlt ist. Dementsprechend wird bei einem Überlastungszustand die Last 11 abgeschaltet und dann mehrmals, d.h. eine vorbestimmte Anzahl von Male, wieder zugeschaltet und schließlich ohne ein erneutes Wiederzuschalten, abgeschaltet, wenn der Überlastungszustand anhält. Indem eine bestimmte Folge von Wiederzusohaltungen der Last 11 vorgesehen ist, wird die Möglichkeit gegeben, daß sich ein Fehlerzustand wieder selbst behebt. Hält jedoch der fehlerzustand an, wird die Belastung 11 schließlich bleibend abgeschaltet, um eine Beschädigung der Last zu vermeiden. Die Last 11 kann außerdem mit einem allgemein mit der Bezugszcffer 21 bezeichneten Temperaturfühler versehen sein. Der Temperaturfühler 21 ; kann beispielsweise mehrere Thermistoren aufweisen, die in die Wicklungen eines Induktionsmotors eingebettet sind. Der Steuerkreis 19 arbeitet vorzugsweise auoh in Abhängigkeit vom Temperaturfühler 21, um die Last abzuschalten, wenn sich bei ihr eine Überhitzung einstellen sollte, ohne daß hierbei ein Überlaststrom gezogen wird, der den Stromfühler 15 zur Erzeugung eines Überlastsignales veranlassen würde.

In Figur 2 ist eine bevorzugte Ausführungaform eines Stromfühlers 15 dargestellt. Der Stromfühler 15 weist

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einen röhrenartigen leitfähigen Mantel 31 und eine dünne längliche Elektrode 33 auf, die innerhalb des Mantels 31 koaxial angeordnet ist. Der Zwischenraum zwischen dem Mantel 31 und der Elektrode 33 ist mit einem Halbleiteroder Thermistormaterial 35 gefüllt. Es wird vorzugsweise ein Material 35 vom HTC-Typ verwendet, also ein Material mit einem negativen Temperäturkoeffizienten seines Widerstandes, das vorzugsweise außerdem die Eigenschaft aufweist, daß sich sein Widerstand bei einer vorbestimmten Übergangstemperatur relativ plötzlich ändert. Mit anderen Worten ausgedrückts zwischen der Elektrode 33 und dem Außenmantel 3t tritt eine große Temperaturänderung auf, wenn die Temperatur des Stroaifühlers einen schmalen Temperaturbereich durchwandert. Mit der Elektrode 33 und dem Mantel 35 ist ein Paar von Fühlerleitungen 37 und 39 angeschlossen, auf welchen ein Signal erhalten wird, wenn die Temperatur des Stromfühlers die vorstehend erwähnte Schwelle überschreitet. Ba das Material 35 vom NTC-Typ ist, wird in diesem Falle das Signal durch einen Anstieg des durch das Material fließenden Stromes über einen bestimmten Stromwert hinaus gebildet. An den beiden einander gegenüberliegenden Enden des stromleitenden Mantels 31 sind Abschlußteile 41 und 43 befestigt, so daß der von der Last 11 gezogene Strom in Längsrichtung über den Mantel 31 geleitet werden kann, wodurch der Stromfühler durch Wider-

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Standserwärmung erwärmt wird. Der Widerstand des Mantels ist ausreichend bemessen, um eine Erwärmung unter den von der Last, beispielsweise einem Induktionsmotor, gezogenen starken Belastungsströmen zu erzielen; der Widerstand ist aber nicht so groß, daß der Spannungsabfall über die Länge des Mantels der Erzielung eines brauchbaren Signales zwischen den Fühlerleitungen 37 und 39 hinderlich wäre.

Der Akkumulator oder Zähler 17 ist im einzelnen in Figur 3 dargestellt. Er weist zwei Heizkörper H1 und H2 auf, von denen jeder eine kleine Masse aus einem Halbleiter- oder Thermistormaterial enthält. Das im Heizkörper H1 enthaltene Material ist vom Typ PTC (mit positivem Temperaturkoeffizienten des Widerstands) und weist vorzugsweise eine Widerstandskennlinie auf, gemäß welcher der Widerstand des Materials bei einer relativ hohen Übergangstemperatur, beispielsweise bei 120° C, relativ plötzlich ansteigt. Das im Heizkörper H2 enthaltene Material ist ebenfalls vom Typ PTC, hat jedoch eine niedrigere Übergangstemperatur, beispielsweise etwa 80° C. Auf beiden Seiten der in den Heizkörpern E1 und H2 enthaltenen Halbleitermaterialmassen sind geeignete Elektroden 45 bis 4-8 angeordnet. Über diese Elektroden läßt sich eine elektrische Verbindung mit den Heizkörpern herstellen. Die Heizkörper H1 und H2 sind unter Zwischenlage eines dünnen Filmes oder einer dünnen Schicht 49 aus

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Isolationsmaterial fest miteinander verbunden, so daß zwischen ihnen ein Wärmeaustausch stattfinden kann. Die Heizkörper H1 und H2 "bilden so zusammen einen Wärmekörper mit einer bestimmten thermischen Trägheit. Außerdem tritt eine Verzögerung beim Übergang der in einem der Heizkörper erzeugten Wärme auf den anderen ein, weil die Isolationsschicht 49 vorhanden ist. Auf der dem Heizkörper H2 entgegengesetzten Saite des Heizkörpers H1 ist ein Fühlthermistor TH1 befestigt. Der Thermistor THt weist eine Masse aus Halbleiter- oder Thermistormaterial vom Typ HTO auf. An dieser Materialmasse des Thermistors TH1 sind geeignete Elektroden 53 und 55 angebracht, wodurch eine elektrische Verbindung mit diesem Material hergestellt wird. Der Thermistor TH1 bildet so einen Teil des Wärmekörpers, der auch die Heizkörper H1 und H2 einschließt. Der Widerstand des Thermistors TH1 ändert sich so in Abhängigkeit von der Temperatur dieses Körpers allgemein und insbesondere mit der Temperatur des Heizkörpers H1, mit welchem er eng gekoppelt ist. Dieser Wärmekörper ist auf einem Kopfstück 57 befestigt, wie es allgemein bei der Herstellung von Transistoren oder integrierten Schaltungen Verwendung findet. Das Kopfstück weist einen Basisring 61, ein Plättchen 63 aus Isolations-, material und mehrere Leiter 65 bis 69 auf, die sich voneinander und gegenüber dem Basisring 61 isoliert durch das Plättchen 63 hindurcherstrecken. Die Elektroden der Heiz-

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körper H1 und H2 und des Thermistors TH1 sind mit diesen Leitern so verbunden, daß diese Elemente in den anschließend im Zusammenhang mit Figur 4 näher,,beschriebenen Steuerkreis eingefügt werden können.

Die Wirkungsweise des Akkumulators oder Zählers 17 ist im wesentlichen folgende: es sei angenommen, daß der Wärmekörper anfänglich eine relativ niedrige Temperatur hat, die weit unter den Obergangstemperaturen der Heizkörper HI und H2 liegt. Wird ein Signal mit vorbestinmter Bauer auf den Heizkörper H1 gegeben, erzeugt es eine entsprechende Wärmemenge. Diese Wärme wird im wesentlichen sofort auf den Thermistor TH1 übertragen, weil dieser Thermistor direkten Eontakt mit dem Heizkörper H1 hat. Dadurch wird der Widerstand des Thermistors TH1 ein Haß für die Wärme bilden, die jedesmal vom Heizkörper H1 erzeugt wird, wenn ein solches Signal angelegt wird. Die vom Heizkörper H1 beim Anlegen eines solchen Signales erzeugte Wärme hat auch die Wirkung, die Temperatur des Wärmekörpers allgemein anzuheben. Die Abflußgeschwindigkeit der Wärme voa Wärmekörper ist relativ klein verglichen mit der Geschwindigkeit, mit welcher Wärme vom Heizkörper H1 erzeugt werden kann, wenn auf ihn eine Folge der genannten Signale gegeben wird. Dementsprechend hat der Wärmekörper die Neigung, bei aufeinanderfolgenden Signalen die erzeugte Wärme zu sammeln oder zu integrieren,

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und die Temperatur des Körpers steigt in einem ■bestimmbaren· Maß an.

Wie nachstellend noch, im einzelnen beschrieben wird, kann der Heizkörper H2 in einen Schaltkreis eingefügt werden, der.so Strom liefert, daß der Heizkörper H2 regenerativ erwärmt wird, wenn seine Temperatur einmal den entsprechenden Übergangswert erreicht hat, d.h. 80° 0. Ein regenerati- — ves Erwärmen tritt ein, wenn der von einer bestimmten erzeugten Wärmemenge erzeugte Temperaturanstieg den Widerstand des Heizkörpers H2 soweit verstärkt, daß der Energie-

verbrauch I R ebenfalls ansteigt, so daß noch mehr Wärme erzeugt wird. Das regenerative Erwärmen ist so ein Zustand des "Durchgehens ¹V in welchem die Temperatur des Heizkörpers plötzlich auf einen Grenzwert ansteigt, der durch die Schaltkreisparameter bestimmt ist.

Wenn also aufeinanderfolgende Signale mit vorbestimmtem ™

Energieinhalt auf den Heizkörper HI geliefert werden, steigt die Temperatur allmählich mit der in ihm angesammelten Wärme an. Wenn jedoch die Übergangs temperatur des Heizkörpers H2 erreicht wird, bewirkt die dadurch eintretende regenerative Erwärmung ein plötzliches Ansteigen der Temperatur dee Wärmekörpers, das anzeigt, daß die gesammelte Summe von auf den Heizkörper HI gegebenen aufeinanderfol-

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genden Signalen einen vorbestimmten Wert überschritten hat. Die Kombination aus dem Heizkörper H2 und R13 bildet einen thermoelektrischen bistabilen Schalter, der. nach seinem Betrieb durch ein momentanes öffnen des Schalters SW1 zurückgestellt werden kann.

Wie aus dem Schaltbild der Figur 4 ersichtlich ist, fließt in der Schaltung ein Gleichstrom bei einer für Transistorschaltungen geeigneten Spannung, z«B. 24 Volt, zwischen einem Paar von Versorgungsleitungen 11 und 12. Zwischen die Versorgungsleitungen 12 und L1 ist ein Spannungsteilerpaar V1 und V2 gelegt, bei welchem jeder Spannungsteiler einen PTC-Thermistor TH2 oder TH3» einen Bezugswiderstand R1 oder R2 und eine Tordiode D5 oder D6 aufweist. Jeder Spannungsteiler V1 und V2 weist zwischen seinem Thermistor und seinem Bezugswiderstand einen Abgriff J1 oder J2 auf. Die Spannungsteiler V1 und V2 liefern an diesen Abgriffstellen J1 und J2 Steuerspannungen, die sich im wesentlichen als Funktion des Widerstandes des zugeordneten Thermistors ändern. Thermistoren TH2 und TH3 bilden den in Figur 1 bezeichneten Temperaturfühler 21. Es sei angenommen, daß die Last 11 in Figur 1 von einem Induktionsmotor M1 in dem als Ausführungsbeispiel angegebenen Schaltkreis der Figur 4 gebildet wird, und daß die Thermistoren TH2 und TH3 vorzugsweise in die Motorwicklungen eingebettet sind, um eine

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dort auftretende Überhitzung festzustellen. Die Energie zur Versorgung des Motors Ml bei einer Wechselspannung von 110 Volt ist auf den beiden Versorgungsleitungen L3 und 12 erhältlich.

Die Abgriffe J1 und J2 sind über Sperrdioden D7 oder D8 und einen gemeinsamen Strombegrenzungswiderstand E3 mit der Basis eines Transistors Q2 eines NPN-Transistorpaars Q2 und Q3 verbunden, die in einer Schmitt-Trigger-Schaltung oder Pegelbestimmungsachaltung miteinander verbunden sind. Die Kollektoren der Transistoren Q2 und Q3 sind über Belastungswiderstände R4- bzw. R5 mit der Leitung 11, und die Emitter der beiden Transistoren sind über einen Widerstand E7 gemeinsam mit der leitung 12 verbunden. Der Kollektor des Transistors Q2 ist außerdem mit der Baais des Transistors Q3 über einen aus den Widerständen R8 und R9 gebildeten Spannungsteiler verbunden.

Wie ein einschlägiger Fachmann weiß, wirkt der die Transistoren Q2 und Q3 aufweisende Trigger-Kreis als Sehalteinrichtung und wechselt von einem ersten Zustand, in welchem der Transistor Q2 gesperrt und der Transistor Q3 leitend ist, in einen zweiten Zustand, in welchem Q2 leitend und Q3 gesperrt ist, wenn die an die Basis des Transistors Q2 gelegte Spannung einen vorbestimmten Schwellwert in Richtung auf

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einen positiveren Spannungspegel überschreitet.

Der Fühlthermistor TH1 im Akkumulator oder Zähler 17 ist in einem Spannungsteiler V3 mit einem Bezugswiderstand R10 verbunden, um an einem Abgriff J3 eine Spannung zu erzeugen, die sich in Abhängigkeit von der Temperatur, der thermischen Masse des Zählers ändert. Der Abgriff J3 ist mit der Basis des FNP-Transistors Q1 verbunden. Der Emitter des Transistors Qt ist mit der Leitung L1 über einen Widerstand B11 verbunden, und sein Kollektor ist mit der leitung 12 über einen Widerstand H12 verbunden. Der Kollektor des Transistors Qt ist außerdem Über eine Tordiode D9 und den Widerstand B3 Bit der Basis des Transistors Q2 verbunden, so daß der Tran« siator Qt ein Umschalten des Schmitt-Triggers in den vorstehend erwähnten zweiten Zustand bewirken kann, wenn der Transistor Q1 durch den Spannungsteiler V3 in Durchlaßrichtung vorgespannt ist.

Der Heizkörper H1 des Zählers 17 ist in Reihe mit dem Widerstand des temperaturempfindlichen Halbleitermaterials 35 im Stromfühler 15 geschaltet. Dieser Widerstand ist in Figur 4 als Thermistor TH4 bezeichnet. So wird der Heizkörper HI auf eine bestimmte Stufe erregt, wenn die Temperatur des Stromfühlers über den Sch^ellwert des Materials 35 ansteigt, wie vorstehend bereits beschrieben worden ist.

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Der Heizkörper H2 ist in Reihe mit einem Widerstand R13 und einem Schalter SW1 zwischen die Leiter Ii2 und 13 ge-Legt» Der Wert des Widerstandes R13 wird in Beziehung zu der Motor-Yersorgungswechselspannung und der temperatur- ■ abhängigen Widerstandskennlinie des Heizkörpers H2 gewählt, so daß der Heizkörper regenerativ erwärmt wird, wenn seine Temperatur einmal auf einen "bestimmten Schwellwert, d.h. auf seine Übergangstemperatur, angestiegen ist. Wie ein einschlägiger Pachmann weiß, kann ein solches regeneratives M Erwärmen auftreten, wenn die Gleichgewi chts-Strom/Spanmings--Kennlinie eines temperaturabhängigen Halbleiterelements ei~ nen negativen Widerstandsbereich aufweist, wie dies bei Elementen der Fall ist, die aus Materialien gebildet sind, die einen Widerstand haben, der sieh bei bestimmten Temperaturen plötzlich ändert. In Polge dieser Bedingungen entsteht daher eine bistabile"Schaltwirkung.

Der Kollektor des Transistors Q3 ist über einen Widerstand R14 mit der Basis eines PHP-Transistors Q4 verbunden, der als gemeinsame Emitterverstärkerstufe geschaltet ist. Der Emitter des Transistors (j4 ist mit der leitung L1 über einen zur Einstellung der Verstärkung dienenden Rheostaten ■EIS verbunden, und der Kollektor des Transistors Q4 ist mit dem Gitter eines Triac Q5 verbunden. Unter einem Triac versteht man eine Halbleiter-Stromschaltvorrichtung mit

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drei Anschlüssen, die - wie einschlägige Fachleute wissen zwischen ihrem ersten und zweiten Anodenanschluß einen Wechselstrom hindurchläßt, wenn ein Triggerstrom auf ihr Gitter gegeben wird, der einen vorgegebenen Wert überschreitet. Das Schaltrelais 13 weist eine Arbeitswicklung K1W auf, die über die leitungen L2 und L3 in einen Schaltkreis gelegt ist, an welchen auch die Anodenanschlüsse des Triac Q5 angeschlossen sind. Wenn der Triac Q5 getriggert wird, wird also die Wicklung K1W direkt von den Versorgungsleitungen L2 und L3 mit Wechselstrom versorgt. Das Schaltrelais 13 weist auch Kontakte K1A auf, die bei erregter Wicklung K1W miteinander verbunden sind, um den Motor M1 von den Leitungen 12 und L3 über den Stromfühler 15 zu versorgen.

Zwischen dem Triac Q5 und der Wicklung K1W entnommener Strom wird über Strombegrenzungswiderstände R18 und R19 und Tordioden D10 und D11 auf die Thermistoren TH2 und TH3 geleitet.

Die Wirkungsweise des in Figur 1 dargestellten Schaltkreises bei einer Überhitzung des Motors M1 ist folgende:

solange der Motor M1 relativ kühl ist, sind auch die Thermistoren TH2 und TH3 relativ kühl und bilden einen relativ niedrigen Widerstand im Vergleich zu den Werten

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der Widerstände R1 und 12. Die Spannungen an den Abgriffen Jt und J2 sind dadurch, im Vergleich mit der Schwell spannung des Schmitt-Triggers negativ und die Dioden D7 und D8 sind in Sperrichtung vorgespannt, Dadurch ist der Transistor Q2 gesperrt und der Transistor Q3 leitend.

Wenn der Transistor Q3 leitend ist, ist der Transistor Q4 in Durchlaßrichtung vorgespannt und liefert einen Triggerstrom auf den Gitteranschluß des Triac Q5. Der Triac Q5 wird so in dem leitenden Zustand geschaltet und das Schaltrelais K1 und der Motor M1 werden erregt. In diesem Zustand, also "bei leitendem Triac Q5, tritt praktisch keine Spannung zwischen den beiden Anodenanschlüssen auf und dementsprechend wird über die Widerstände R18 und R19 kein Erwärmungsstrom zu den Thermistoren THI und TH2 geleitet.

Wenn der Motor MI überhitzt wird, d.h. eine Temperatur erreicht, bei welcher entweder der Thermistor TH2 oder TH3 einen relativ großen Widerstand im Vergleich zum Wert des zugehörigen Bezugswiderstandes annimmt, entsteht an den betreffenden Abgriffen J1 oder J2 eine in Bezug auf die

sch

Schaltwelle des Schmitt-Triggers positive Spannung. Sobald dies eintritt, wird die Diode D7 oder D8 in Durchlaßrichtung vorgespannt und der Transistor Q2 wird in seinen leitenden Zustand in Durchlaßrichtung vorgespannt. Der Schmitt-

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Trigger schaltet nun um, so daß der Transistor Q2 leitend und der Transistor Q3 gesperrt ist.

Wenn der Transistor Q3 gesperrt wird, wird dem Basisanschluß des Transistors Q4 der Vorspannstrom entzogen, wodurch wiederum der Fluß von Triggerstrom auf den Gitteranschluß des Triac Q5 unterbrochen wird. Dadurch werden das Schaltrelais KI und der Motor M1 abgeschaltet. Wenn in diesem Zustand der Triac nicht mehr leitet, tritt die Versorgungs-Wechselspannung zwischen den Anodenanschlüssen des Triac und nicht mehr an der Wicklung K1W auf. Während denjenigen Halbwellen, der Wechselspannung, bei denen die Leitung 13 positiv gegenüber der leitung L2 ist, bewirkt die an den Anodenklemmen -des Triac Q5 auftretende Spannung eine Vorspannung der Dioden DtO und D11 in Durchlaßrichtung, -so ,daß über die Widerstände R18 und H19 Strom aus dem Belastungskreis auf die Thermistoren TH2 und TH3 fließen kann. Da dieser Strom von einer Quelle relativ hoher Spannung kommt, verursacht er innerhalb der Thermistoren die Erzeugung einer beachtlichen sogenannten falschen Wärme, die das Bestreben hat, sie unter die Temperatur zu drücken, bei welcher sie dag Abschalten des Motors M1 bewirkt haben. Diese Wärmewirkung ist regenerativ im Hinblick auf die vom Motor erzeugte Wärme und verlängert so die Zeitspanne, während welcher der Motor im Anschluß an das Auslösen der Steuer-

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schaltung abgeschaltet ist. Dementsprechend muß der Motor auf eine wesentlich kühlere Temperatur als diejenige, bei welcher er abgeschaltet worden ist, abkühlen, bevor er durch diese Steuerschaltung wieder eingeschaltet wird. So wird die Empfindlichkeit dieses Steuerkreises durch die Einführung eines Differenzwertes zwischen jenen Temperaturen des Motors, bei welchen er eingeschaltet und bei welchen er ausgeschaltet wird, modifiziert. Die Größe des Differenzwertes kann durch die Änderung der Werte der μ

Widerstände R18 und R19 eingestellt werden.

Die Wirkungsweise dieses Steuerkreises in Bezug auf vom Motor M1 gezogene» Überlastströme ist folgende:

wennvom Motor MI ein übergroßer Strom gezogen wird, wird der Stromfühler 15 durch Energieverbrauch in seinem rohrförmigen Mantel 31 erwärmt. Dieser Temperaturanstieg verursacht einen Abfall im Widerstand des Halbleitermaterials 35» welcher den Thermistorwiderstand TH4 vermindert und eine Verstärkung des durch den Heizkörper H1 fließenden Stromes bedingt. Die in der Folge vom Heizkörper H1 erzeugte Wärme wird vom Thermistor TH1 abgefühlt, und der

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resultierende Abfall im Widerstand des Thermistors TH1 bewirkt eine Vorspannung des Transistors Q1 in Durchlaßrichtung und ein Umschalten des die Transistoren Q2 und Q3

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aufweisenden Schmitt-Triggers. Das Umschalten des Schmitt-Triggers bewirkt ein Abschalten des Schaltrelais K1 und des Motors M1, wie vorstehend im Zusammenhang mit der Wirkungsweise der Temperaturfühlthermistoren TH2 und TH3 beschrieben worden ist. Da die Erwärmung des Stromfühlers 15 und des Heizkörpers H1 eine bestimmte Zeit in Anspruch nimmt, deren Dauer durch eine Änderung der thermischen Massen dieser Elemente vorgewählt werden kann, schaltet die Einrichtung während der Zeitspanne, während welcher der Motor bei

.:. Kleinem normalen Startvorgang einen stärkeren Strom zieht,

nicht um und bewirkt kein Abschalten des Motors M1.

Wenn der Motor Ml auf die vorstehend beschriebene Weise abgeschaltet wird, kühlt der Fühlthermistor TH1 im Akkumulator oder Zähler 17 nach einer vorbestimmten Verzögerung ausreichend stark ab, um ein Zurückschalten des Schmitt-Triggers in seinen Ausgangszustand und ein erneutes Einschalten des Motors M1 zu erlauben. Wenn in der Zwischenzeit die Fehlerquelle beseitigt ist, bleibt der Motor dann eingeschaltet. Besteht jedoch weiterhin der Überlastungszustand, ist also beispielsweise weiterhin der Rotor des Motors M1 blockiert, bewirkt die Erwärmung des Stromfühlers 15 erneut, daß der Heizkörper H1 erregt wird und dadurch den Thermistor TH1 erwärmt, so daß wieder ein Abschalten des Motors M1 erfolgt. Bleibt der Fehlerzustand

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bestehen, kann sich dieser Zyklus mehrere Male wiederholen, wobei der Heizkörper H1 jedesmal über eine im wesentlichen vorbestimmte Zeitspanne erregt wird. Bei weiterschreitendem Zyklus verteilt sich allmählich die Wärme und speichert sich in der thermischen Masse, die den Zähler 17 bildet, bis nach Erreichen einer bestimmten Wiederholungszahl die Temperatur des Heizkörpers H2 ihren Schwellwert zur Erzielung einer regenerativen Erwärmung erreicht. Sobald der Heizkörper H2 regenerativ erwärmt wird, wird die thermische Masse des Zählers 1? plötzlich auf eine relativ hohe temperatur angehoben und auf ihr gehalten, unabhängig von dem Strom, der durch den Pühlthermistorwiderstand TH4 auf äen Heizkörper H1 gegeben wird. Dementsprechend wird der Thermistor TH1 auf diesem relativ hohen Temperaturwert gehalten und hält seinerseits den Motor MI über eine unbegrenzte Zeitspanne in seinem abgeschalteten Zustand.

Der Schaltkreis kann von Hand zurückgestellt werden, um ein erneutes Anlaufen des Motors M1 durch ein öffnen des Schalters SW1 zu erlauben, wodurch der Heizkörper H2 von der Versorgungsquelle abgeschnitten wird und sich die thermische Masse des Zählers -17 abkühlen kann. Da zum Abfühlen und zur Folgesteuerung an Stelle der üblicherweise verwendeten elektromechanischen Vorrichtungen Halbleiterelemente verwendet werden, läßt sich ein relativ billiger

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und doch äußerst zuverlässiger Betrieb einer solchen Einrichtung erzielen.

Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß sich die verschiedenen Merkmale der Erfindung unter Erzielung vorteilhafter Ergebnisse ausführen lassen. Wie ein Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet erkennen kann, läßt sich die als Ausführungsbeispiel beschriebene Schaltung gemäß der Erfindung auf verschiedene Weise im Bahmen des Erfindungsgedankens abwandeln.

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Claims

P a te η ta η s ρ r ti ehe

1. Überlastschutzeinrichtung für eine elektrische last, gekennzeichnet durch __ folgender'Merkmales

einen unter dem Einfluß des von der elektrischen Last (11) gezogenen Stromes stehenden Stromfühler (15) mit einem Widerstandsheizkörper (31) zur Erzeugung einer sich in Abhängigkeit des Belastungsstromes ändernden Wärmemenge und mit einer Thermistoreinrichtung (35 = TH4), die unter dem Einfluß dieser erzeugten Wärmemenge steht» um beim Auftreten eines Überlaststromes ein Signal zu liefern}

einen thermoelektrische» Zähler (17) zum Zählen der nacheinander erfolgenden Signale der The rmi st or einrich tung (TH4·), mit einem zweiten Heizkörper (Hi) zur Erzeugung von. Wärme in Abhängigkeit von diesen Signalen, und mit einem aweiten Thermistor (THi), der von der Wärme des zweiten Heizkörpers (H1) beeinflußt wird;

eine mittels des Zählers (17) gesteuerte und vom Widerstand des zweiten Thermistors (TH1) abhängige Schalteinrichtung zum Abschalten der Last (11), sobald der «weite Heizkörper (HI) von einem der Signa-.

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le über einen bestimmten Wert erregt worden ist,, und zum Wiedereinschalten der last (11) mit einer bestimmten Wiederholungszahl, nachdem der Stromfühler (15) im Anschluß an ein Abschalten der last (11) abgekühlt ist, wobei bei aufrechterhaltenem Überlastzustand die Last (11) nach der bestimmten Anzahl von Wiedereinschaltungen abgeschaltet bleibt.

2· Stromfühler, insbesondere für eine Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine längliche Elektrode (33)» eine rings um diese Elektrode angeordnete Schicht (35) aus Halbleitermaterial mit einem sich mit der Temperatur ändernden Widerstand, einen rohrförmigen, stromleitenden, die Halbleitermaterialschicht (35) umgebenden und aich praktisch koaxial zur Elektrode erstreckenden Mantel (31) und Einrichtungsteile (41, 43) zum Führen des Belastungsstromes über den Mantel (31) aufweist, wodurch der Stromfühler (15) in einem Ausmaß erwärmt wird, das sich in Abhängigkeit von diesem Strom ändert, und wodurch der Widerstand zwischen der Elektrode (33) und dem Mantel (31) in dieser Halbleitermaterialschicht (35) sich als eine Punktion des Stromes ändert.

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3. Einrichtung nach. Anspruch 1 in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial (35) des Stromfühlers (15) einen negativen Wider_- standstemperaturkoeffizienten hat und der Widerstand zwischen der Elektrode (33) und dem Mantel (31) in Eeihe mit dem zweiten Heizkörper (H1) geschaltet ist, wodurch der zweite Heizkörper (H1) beim Auftreten eines Überlaststromes über den vorbestimmten Wert erregt wird.

4· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (11) durch einen Elektromotor (M1) gebildet ist und die Einrichtung Mindestens einen dritten, von der Temperatur dieses Motors abhängigen Thermistor (21) aufweist, und daß die Schalteinrichtung auch vom Widerstand des dritten Thermistors abhängig ist, um den Motor-abzuschalten, wenn die Temperatur des Motors einen bestimmten Wert überschreitet.

5. Stromfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er Anschlußatücke (41, 42) an jedem Ende des röhrenförmigen Mantels (31) aufweist, die einen im wesentlichen in Längsrichtung des Mantels (3t) erfolgenden Stromfluß gewährleisten.

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6. Stromfühler nach Anspruch 5, dadurch, gekennzeichnet, daß das Material einen negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist.

7· Stromfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial (35) einen Übergangs temperatürwert aufweist, oberhalb welchem der Widerstand dieses Materials sich relativ plötzlich ändert.

1ÖS827/0A01

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