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Dokumentenidentifikation DE112005000204T5 18.01.2007
Titel System zum Vorwärmen einer Bimetall-Schutzvorrichtung und Bimetall-Schutzvorrichtung
Anmelder Danfoss Compressors GmbH, 24939 Flensburg, DE
Erfinder Weihrauch, Niels Christian, 24941 Flensburg, DE
Vertreter Brisch, G., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 70597 Stuttgart
DE-Aktenzeichen 112005000204
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, EP, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG
WO-Anmeldetag 27.01.2005
PCT-Aktenzeichen PCT/DK2005/000054
WO-Veröffentlichungsnummer 2005073995
WO-Veröffentlichungsdatum 11.08.2005
Date of publication of WO application in German translation 18.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.01.2007
IPC-Hauptklasse H01H 81/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01H 61/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Technischer Bereich

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Vorwärmen einer Bimetall-Schutzvorrichtung zum Schutz eines Einphasenmotors mit einem Laufkondensator, wie zum Beispiel ein Motor zum Antrieb eines Kompressors. Die Bimetall-Schutzvorrichtung ist besonders anwendbar zur Abschaltung der Stromversorgung zum Motor im Falle eines blockierten Rotors oder einer Überlastung des Motors. Wenn bei blockiertem Rotor oder Überlastung des Motors ein Strom geliefert wird, wird ein solcher Strom, auf Grund des elektrischen Widerstandes, in Wärme umgewandelt und könnte Teilen des Motors schwere Schäden zuführen.

Hintergrund der Erfindung

Bimetall-Schutzvorrichtungen zum Abschalten der Stromversorgung zu einem Motor sind wohlbekannt. US 3,636,426, zum Beispiel, offenbart eine Motor-Schutzvorrichtung zusammen mit einem Motor. Die Schutzvorrichtung umfasst einen Thermoschalter mit einer schnappartigen Bimetallscheibe, die mit festen Schaltern zusammenwirkt um den Motorkreislauf zu unterbrechen, wenn die Temperatur der Scheibe ein vorbestimmtes Niveau übersteigt. Die Schutzvorrichtung umfasst auch eine Heizvorrichtung, die über Wechselstromversorgungsleitungen mit dem Motor und dem Schalter in Serie verbunden ist und mit der Scheibe in Wärmeaustauschverbindung ist. Die von der Heizvorrichtung erzeugte Wärme variiert als Funktion der vom Motor verbrauchte Strom, so dass der Motor, wenn er bei blockierten Rotorbedingungen blockiert oder unter Strom gesetzt wird, so dass Überlastungsstrom gezogen wird, der Schalter schnell auf seine Aktivierungstemperatur aufgeheizt wird und den Motorkreislauf öffnet, wobei der Strom zum Motor abgeschaltet wird und der Motor wird geschützt. Die Scheibe selbst kann so konstruiert werden, dass ihr Widerstand genügt um diese Funktion bei Selbstaufheizung wahrzunehmen. Die Rückstellung der Schutzvorrichtung kann nach Abkühlung der thermostatischen Bimetallscheibe automatisch oder manuell erfolgen.

Automatische Rückstellung einer Schutzvorrichtung von dem oben beschriebenen Typ kann nachteilig sein, da die Schutzvorrichtung auch dann rückgestellt werden kann, wenn die Motorbedingung, die die von der Schutzvorrichtung aktivierte Unterbrechung des Kreislaufes, immer noch existiert. Entsprechend wird die Bimetallscheibe schnell auf das Temperaturniveau aufgeheizt, bei dem es anspringt und den Kreislauf unterbricht. Solche wiederholte Ein- und Ausschaltungen können mit kleinen Intervallen erfolgen und führen zu übermäßigem Verschleiß oder sogar zu lokalem Schmelzen der festen Schalter und/oder der Bimetallscheibe. Dieses Problem wird im deutschen Gebrauchsmuster DE 83 00 960.4 U1 behandelt, der ein Bimetallelement offenbart, das parallel zu einem positiven Temperaturkoeffizientelement (PTC) angebracht ist. Bei Normalbetrieb wird Strom durch das Bimetallelement zu einem stromverbrauchenden Gerät geführt. Im Falle eines Fehlers, d.h. wenn das stromverbrauchende Gerät auf ein bestimmtes Niveau aufgeheizt wird, unterbricht das Bimetallelement den Kreislauf und Strom wird zu dem PTC-Element geführt, wo im wesentlichen die ganze Energie geliefert von der Energiequelle in Wärme umgewandelt wird. Da das PTC-Element nahe dem Bimetallelement angebracht ist, wird die Wärme, die vom PTC-Element erzeugt wird, weiterhin das Bimetallelement aufheizen um sicherzustellen, dass es nicht automatisch zurückgestellt wird. Das europäische Patent EP 0 342 441 B1 offenbart eine Verbesserung des Systems in DE 83 00 960.4 U1, in der das PTC-Element durch einen ohmschen Widerstand ersetzt ist, mit dem ein zweiter, automatisch rückstellbarer, temperaturempfindlicher Schalter in Serie verbunden ist. Die Öffnungstemperatur dieses rückstellbaren Temperaturschalters ist höher als die des ersten temperaturempfindlichen Schalters, aber wohl unter den Temperaturen, die dem Bimetallelement irreversible Schäden zuführen. Es wird erreicht, dass kein PTC-Element erforderlich ist, sondern nur ein ohmscher Widerstand, der, verglichen mit einem PTC-Element, eine verhältnismäßig preisgünstige Komponente ist, und dass temperaturverursachte Schäden des Bimetallelementes zuverlässig verhindert werden können. Auch die automatische Rückstellung des Bimetallelementes wird aber verhindert.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung des Typs mit einem automatisch rückstellbaren Bimetallelement. In vielen Anwendungen, insbesondere in dem Bereich Kompressoren für Kühlsysteme, sind solche Schutzvorrichtungen wünschenswert oder sogar notwendig.

Bimetallelemente des oben beschriebenen Typs schnappaktivieren üblicherweise bei einer Bimetalltemperatur von ungefähr 130-145°C, was einer Temperatur im Rotor des Motors von rund 250-300°C entspricht. Die Temperatur des Rotors als eine Funktion der Zeit wird in 1 gezeigt, wobei die Temperaturkurve C1 die Rotortemperatur in einem System mit eingebauter Bimetall-Schutzvorrichtung zeigt. Zur Zeit t = 0 beginnt der Motor bei einer Rotortemperatur T1 von z.B. 30°C zu arbeiten. Ein blockierter Rotorfehler erscheint und die Temperatur steigt zu einer Temperatur T5 von z.B. 300°C, wobei das Bimetallelement der Schutzvorrichtung auf seine Schalttemperatur, z.B. 140°C, aufgeheizt wird. Entsprechend unterbricht die Schutzvorrichtung den Kreislauf, so dass kein Strom dem Motor zugeführt wird, wobei die Temperatur von Rotor und Bimetallelement stufenweise sinkt, bis das Bimetallelement die Temperatur erreicht, bei der es zurückschaltet und den Kreislauf schließt.

Ein Line-Start-Motor mit einem oder mehreren Permanentmagneten eingebaut im Rotor wurde vor kurzem vom vorliegenden Erfinder vorgeschlagen, vgl. z.B. die dänische Patentanmeldung Nr. PA 2003 00674. Ein solcher Motor ist vorteilhaft in bezug auf Wirkungsgrad, hat aber den Nachteil, dass den Permanentmagneten irreversible Schäden zugeführt werden können, wenn sie auf mehr als 100-180°C aufgeheizt werden, abhängig von der Qualität der Magneten. Entsprechend ist eine Rotortemperatur bei blockiertem Rotor im Bereich von T5 = 250-300°C unzulässig. Deshalb wird zuerst vorgeschlagen, dass das Bimetallelement der Schutzvorrichtung durch ein anderes ersetzt wird, das bei einer Temperatur schnappaktiviert, die einer Rotortemperatur T4 von z.B. 120°C entspricht, die zur Zeit t1 erscheint, vgl. 1. Da Wärme aber schnell vom System weggeleitet wird, kühlt der Rotor schnell auf die Temperatur T3 von z.B. 80°C ab, bei der das Bimetallelement zurückschnappt und den Kreislauf schließt. Wenn der Fehler am Rotor noch besteht, steigt die Rotortemperatur schnell auf T4, bei der die Schutzvorrichtung wieder den Kreislauf unterbricht, wie gezeigt durch Kurve C2 in 1. Wenn der Fehlerzustand des Rotors nicht beendet ist, wird das Bimetallelement der Schutzvorrichtung mit kleinen Intervallen ein- und ausschalten, und die Rotortemperatur wird wie gezeigt in Kurve C2 in 1 variieren. Dies führt zu übermäßigem Verschleiß der festen Schalter und/oder des Bimetallelements der Schutzvorrichtung. Es gibt aber geregelte Forderungen, z.B. der Standard EN335-2-34, der vorschreibt, dass die gesamte Anwendung bestehend aus Kompressor und Motor für mindestens 15 Tage mit mindestens 2000 Schutzvorrichtungs-Schalteraktivieriungen getestet werden muss, ohne dass die maximale Anzahl von Schalteraktivierungen der einzelnen Schutzvorrichtung überschritten wird. Es ist allgemein bekannt, dass die maximale Anzahl von Schalteraktivierungen ungefähr 10.000 ist. Es ist deshalb klar, dass die Schaltkurve C2 gezeigt in 1, d.h. Aktivierung der Schutzvorrichtung bei einer niedrigen Rotortemperatur T4 im Bereich von z.B. 120°C-180°C, eine unzulässig hohe Anzahl von Schalteraktivierungen innerhalb der oben erwähnten 15-tägigen Periode bewirken würde. Es hat sich aber gezeigt, dass Schutzvorrichtungen nach dem Stand der Technik nicht imstande sind die Anzahl von Aktivierungen bei blockiertem Rotor niedrig zu halten, und dabei auch ständig zu sichern, dass die Rotortemperatur immer unter der maximalen Betriebstemperatur von Permanentmagneten bleibt, d.h. höchstens 120°C.

Es ist deshalb ein Zweck der vorliegenden Erfindung ein System bereitzustellen, in dem die Schutzvorrichtung bei einer relativ niedrigen Rotortemperatur aktiviert wird um den Kreislauf zu unterbrechen, und in dem die kurzen Schaltintervalle von Schutzvorrichtungen nach dem Stand der Technik wie gezeigt in Kurve C2 der 1 vermieden werden können, d.h. ersetzt durch verlängerte Schaltintervalle. Es kann z.B. wünschenswert sein, dass die Rotortemperatur regelbar ist, so dass sie verhältnismäßig langsam sinkt, wie gezeigt durch Kurve C3 in 1 mit verlängerten Schaltintervallen.

Beschreibung der Erfindung

Um das oben beschriebene Problem zu lösen, bietet ein erstes Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung eines Systems zum Vorwärmen einer Bimetall-Schutzvorrichtung eines Einphasenmotors versehen mit einem ersten Laufkondensator, wobei die Bimetall-Schutzvorrichtung ein erstes Paar von festen, normalerweise geschlossenen Schaltern hat, die von einem Bimetallelement aktivierbar sind, und wahlweise ein erstes Vorheizelement versorgt durch den Hauptstrom des Motors, wenn das erste Paar von festen Kontakten geschlossen ist, d.h. bei Normalbetrieb. Nach der Erfindung umfasst das System ein zweites Heizelement, das durch den ersten Laufkondensator oder einen zweiten Laufkondensator versorgt wird, wenn das erste Paar von Schaltern offen ist, and das nicht versorgt wird, wenn das erste Paar von Schaltern geschlossen ist. Das erste Paar von Schaltern ist normalerweise bei Normalbetrieb geschlossen und öffnet beim Entstehen eines blockierten Rotors. Es sollte bemerkt werden, dass der zweite Laufkondensator ein wahlfreies Element ist.

Es geht somit hervor, dass das zweite Heizelement das Bimetallelement aufheizt, wenn der Kreislauf unterbrochen ist, in einer solchen Art und Weise, dass die Temperatur des zweiten Heizelementes stufenweise sinkt, während das zweite Heizelement mit Energie versorgt wird, so dass das Bimetallelement allmählich automatisch rückgestellt wird, d.h., so dass die Schalter nicht konstant offen gehalten werden. Es ist festgestellt worden, dass eine Energie von ungefähr 0,1-10 W ausreicht um das Bimetallelement zu einem solchen Ausmaß aufzuheizen, dass die gewünschte Verspätung zwischen dem Abschalten und der automatischen Rückstellung der Schutzvorrichtung die Rotortemperaturkurve C3 in 1 bewirkt. Wenn z.B. der Wert des ersten oder des zweiten Laufkondensators 3 &mgr;F ist und das System mit einem Wechselstrom von 50 Hz und einer Spannung von UN = 230V versorgt wird, ist die Niederstromversorgung des ersten oder des zweiten Laufkondensators ungefähr ICR = 0,2A. Damit erzeugt ein Widerstand des zweiten Heizelementes von 20 &OHgr; eine Leistungsaufnahme des zweiten Heizelementes von etwa 1 W. In anderen Worten genügt ein niederohmscher Widerstand des zweiten Heizelementes zur Erzeugung der Heize, die gebraucht wird um die gewünschte Aufheizgeschwindigkeit des Bimetallelementes bei blockiertem Rotor zu erzielen. Es ist bevorzugt, dass ein niederohmscher Widerstand, z.B. ein gewickelter Draht, dem ersten Heizelement mechanisch ähnlich ist, so dass das erste und das zweite Heizelement mit der gleichen oder ähnlicher Ausrüstung zu niedrigen Kosten hergestellt werden können. Außerdem ist ein gewickelter Draht eine kostengünstige Komponente verglichen mit einem PTC-Element.

In einer Ausführung umfasst das System ein zweites Paar von festen, normalerweise offenen Schaltern, das das zweite Heizelement mit dem ersten oder dem zweiten Laufkondensator verbindet, wobei das erste und das zweite Paar von festen Schaltern aktivierbar sind, so dass das zweite Paar von festen Schaltern hauptsächlich zur gleichen Zeit schließt, wie das erste Paar von festen Schaltern öffnet, oder kurz danach, d.h. wenn der Motor wegen eines blockierten Rotors versagt. In diesem Fall wird der erste oder der zweite Laufkondensator mit dem zweiten Heizelement verbunden, so dass das zweite Heizelement eine im wesentlichen konstante Niederstromversorgung von dem ersten oder dem zweiten Laufkondensator erhält.

Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet ein niederohmscher Widerstand jeden Widerstand unter 1 k&OHgr;, z.B. unter 100 &OHgr;, z.B. im Bereich von 1 &OHgr;-50 &OHgr;, z.B. 5-25 &OHgr;.

Als Alternative zum niederohmschen Widerstand kann ein hochohmscher Widerstand für das zweite Heizelement angewandt werden. Z.B. kann der zweite Laufkondensator mit dem System verbunden werden, wobei der zweite Laufkondensator als Motorlaufkondensator dient und zusätzlich einen Strom für das zweite Heizelement leistet. Alternativ kann der zweite Laufkondensator als einzige Aufgabe die Versorgung des zweiten Heizelementes mit Strom haben. Der zweite Laufkondensator kann einen verhältnismäßig niedrigen Wert haben, der dem Widerstand des zweiten Heizelementes entspricht, z.B. 1-10 k&OHgr;, um eine Wärmeerzeugung zu erzielen von z.B. 0,1-10 W. Z.B. kann eine Leistungsaufnahme von 0,1 W mit einem Widerstand des zweiten Heizelementes von 2 &OHgr;, einem Wert des zweiten Laufkondensators von 3 &mgr;F und einer Wechselspannung von 230 V erzielt werden. Eine Leistungsaufnahme von 10 W kann, z.B. mit einem Widerstand von 210 &OHgr; bei gleichem Kondensatorwert und gleicher Spannung erreicht werden.

Die Leistung, die gebraucht wird um die gewünschte Verspätung zwischen dem Abschalten der Schutzvorrichtung und die automatische Rückstellung zu bewirken, hängt von der physischen Gestaltung der Schutzvorrichtung ab. Z.B., ist bei einer zum Teil isolierenden Wand zwischen dem zweiten Heizelement und dem Bimetallelement eine größere Leistung erforderlich, als bei keiner Wand zwischen den beiden Elementen, und die erforderliche Leistung steigt bei zunehmendem Abstand zwischen den Elementen. Damit hängt der Widerstand des zweiten Heizelementes von der Gestaltung des Systems ab und auch von der Frequenz und der Spannung des dem System gelieferten Wechselstromes, sowie auch von dem Wert des ersten und/oder des zweiten Laufkondensators. In den meisten Ausführungen der Erfindung sind die verschiedenen Eigenschaften des Systems wie folgt: Wechselspannung: 100-250 V Frequenz der Wechselspannungsversorgung: 45-65 Hz Erster und/oder zweiter Laufkondensator: 0,1-25 &mgr;F Widerstand des zweiten Heizelementes: 1-200 &OHgr; Leistungsaufnahme des zweiten Heizelementes: 0,5-5 W

Z.B. kann eine Leistungsaufnahme von 0,5 W mit einem Widerstand des zweiten Heizelementes von 10 &OHgr;, einem Wert des ersten und/oder des zweiten Laufkondensators von 3 &mgr;F und einer Wechselspannung von 230 V. Eine Leistungsaufnahme von 5 W kann z.B. mit einem Widerstand von 105 &OHgr; bei gleichem Kondensatorwert und gleicher Spannung erzielt werden.

Der Grenzstrom, bei dem die Schutzvorrichtung aktiviert wird, hängt einleuchtenderweise vom Belastungsstrom des zugehörigen Gerätes ab, z.B. eines Kompressormotors. In vielen Ausführungen kann die Schutzvorrichtung bei einem Strom von 1-20 A aktiviert werden, z.B. bei einem Strom von 2-8 A. Bei einem Kompressormotor mit einem normalen Belastungsstrom von 1 A und einem maximalen Strom von 2 A, wird der gezogene Strom bei blockiertem Rotor des Motors typisch 4A. In diesem Fall ist es passend, wenn die Schutzvorrichtung bei 3 A aktiviert wird.

In einer Ausführung wird das zweite Paar von festen Schaltern von dem Bimetallelement der Bimetall-Schutzvorrichtung aktivierbar, z.B. in einer Schutzvorrichtung nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, vgl. die folgende Beschreibung des zweiten Aspektes. Alternativ kann das zweite Paar von Schaltern von einem separaten Bimetallelement aktivierbar sein, das hauptsächlich dann schließt, wenn das Bimetall der Schutzvorrichtung das erste Paar von festen Schaltern öffnet.

Der Umstand, dass das zweite Paar von festen Schaltern annähernd gleichzeitig mit dem Öffnen des ersten Paares von festen Schaltern oder kurz danach schließen soll, z.B. bei einem blockierten Rotor des Motors, hat zu der Erfindung des zweiten Aspekts der Erfindung geführt, nach dem eine Bimetall-Schutzvorrichtung angegeben wird, die ein erstes Paar von festen Schaltern umfasst, das von einer Bimetallscheibe normalerweise geschlossen ist, und ein zweites Paar von festen Schaltern, das im Verhältnis zur Bimetallscheibe so angebracht ist, dass es schließt, wenn die Bimetallscheibe zwecks Öffnung des ersten Paars von festen Schaltern aktiviert wird. Die beiden Paare von festen Schaltern sind also mechanisch gekuppelt, so dass die Öffnung eines Paares die Schließung des anderen Paares voraussetzt und umgekehrt. Dies erreicht man bevorzugterweise mit zwei Paaren von Schalterelementen befestigt an den beiden gegenüberliegenden Seiten der Bimetallscheibe und zwei Paaren von festen Schalten an jeder Seite der Bimetallscheibe. Wenn dann die Bimetallscheibe zum Öffnen des ersten Paars von festen Schaltern aktiviert wird, etabliert das zweite Paar von Schalterelementen automatisch eine Verbindung zu dem zweiten Paar von festen Schaltern, das geschlossen wird.

Die Bimetallscheibe mit ihren Schaltern und die festen Schalter können in einem Gehäuse integriert sein, so dass die Schutzvorrichtung als integrierte und kompakte Einheit erscheint.

Die vorliegende Erfindung gibt auch einen Kompressor an mit einem Einphasenmotor, versehen mit einem Laufkondensator, einer Bimetall-Schutzvorrichtung und ein System nach dem ersten Aspekt der Erfindung zum Vorwärmen der Bimetall-Schutzvorrichtung. Außerdem wird ein System angegeben, mit einem Einphasenmotor und einer Bimetall-Schutzvorrichtung nach dem zweiten Aspekt, und zuletzt gibt die Erfindung einen Kompressor mit einem solchen System an.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden jetzt unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, die zeigen:

1 Diagramm über Rotortemperatur (T) über Zeit (t) für zwei Schutzvorrichtungen nach dem Stand der Technik und für eine Schutzvorrichtung eines Systems nach der vorliegenden Erfindung

2 ein System mit einer Schutzvorrichtung nach dem Stand der Technik

3 eine bevorzugte Ausführung eines Systems nach der vorliegenden Erfindung, angeschlossen an einen Motor mit einer ersten Ausführung einer Motorschutz-Schaltvorrichtung

4 die Schutzvorrichtung aus 3 angeschlossen an einen Motor mit einer zweiten Ausführung einer Motorschutz-Schaltvorrichtung

5 verschiedene Ansichten der Schutzvorrichtung nach 3 und 4

6 & 7 zweite und dritte Ausführungen eines Systems nach der vorliegenden Erfindung, wobei das System zwei Laufkondensatoren umfasst.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

2 offenbart ein System 100 nach dem Stand der Technik mit einem Einphasenmotor 102 mit Haupt- und Hilfswicklungen. Das System umfasst einen Startkondensator CS seriengeschaltet mit einer Motorschutz-Schaltvorrichtung 104 und einen ersten Laufkondensator CR, der direkt mit der Hilfswicklung verbunden ist. Wechselstrom wird dem Motor zugeführt durch die Schutzvorrichtung 106 mit einem Bimetallelement in der Form einer Bimetallscheibe 108, deren eine Seite mit einem Paar von Schaltelementen 110 versehen ist. Bei Normalbetrieb schließt die Bimetallscheibe 108 mit ihren Schaltelementen 110 ein Paar von festen Schaltern 112. Ein erstes Heizelement 114 ist wahlweise zum Vorwärmen der Bimetallscheibe 108 vorgesehen. Im Falle eines blockierten Rotors steigt der vom Motor gezogene Strom erheblich, z.B. von 1 A auf 4 A, und dieser erhöhte Strom bewirkt einen schnellen Anstieg der Temperatur des ersten Heizelementes 114 und der Bimetallscheibe 108, so dass die Bimetallscheibe schnappaktiviert und zwar indem sie von dem Paar von festen Schaltern 112 wegschlüpft, wobei der Energieversorgungskreislauf zum Motor unterbrochen wird. Die Bimetallscheibe 108 kann verhältnismäßig unempfindlich sein, in dem Sinne, dass sie bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur aktiviert, z.B. einer Temperatur, die einer Rotortemperatur im Motor von T5 = 250-300°C entspricht. Nach Aktivierung des Bimetallelementes wird das Paar von festen Schaltern 112 öffnen und dem Motor wird keine Energie zugeführt. Entsprechend beginnt die Rotortemperatur zu sinken, so dass die Rotortemperatur als eine Funktion der Zeit annähernd der Kurve C1 in 1 folgt. Wenn, andererseits, die Bimetallscheibe 108 bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur aktiviert, z.B. bei einer Temperatur, die einer Rotortemperatur von T4 = 120°C entspricht, folgt die Rotortemperatur der Kurve C2 bis die Blockierung des Rotors beendet und Normalbetrieb wiederhergestellt ist. Wie in der Beschreibung des Hintergrundes der Erfindung erklärt, erfüllen wiederholte Schaltungen der Bimetallscheibe mit kurzen Intervallen nicht geregelte Forderungen und können zu irreversiblen Schäden der Schutzvorrichtung führen.

3 zeigt ein System 120 nach dem ersten Aspekt der Erfindung, mit einer eingebauten Schutzvorrichtung 126 nach dem zweiten Aspekt der Erfindung. Das System umfasst einen Motor 122 mit Haupt- und Hilfswicklungen, Startkondensator CS in Serienverbindung mit Motorschutz-Schaltvorrichtung 104 und Laufkondensator CR. Die Schutzvorrichtung 126 umfasst eine Bimetallscheibe 128 mit erstem bzw. zweitem Paar von Schaltelementen 130 und 131, angebracht an jeweils einer Seite der Scheibe 128. Bei dem Normalbetriebszustand gezeigt in 3 schließt die Bimetallscheibe 128 ein erstes Paar von festen Schaltern 132 und ein erstes Heizelement 134 bewirkt ein Vorwärmen der Bimetallscheibe 128. Bei blockiertem Rotor wird der Strom, der vom Motor gezogen wird, ein Aufwärmen der Bimetallscheibe 128 auf ihre Aktivierungstemperatur bewirken, so dass Schaltelemente 130 die Verbindung zu dem ersten Paar von festen Schaltern 132 verlieren. Da die Bimetallscheibe 128 in 3 nach oben biegt, schließt ein zweites Paar von Schaltelementen 131 ein zweites Paar von festen Schaltern 133, zwischen denen ein zweites Heizelement 135 angebracht ist. Wie im Diagramm von 3 gezeigt wird, wird Strom von dem Laufkondensator CR geliefert, wenn die Bimetallscheibe mit ihrem zweiten Paar von Schaltelementen 131 das zweite Paar von festen Schaltern 133 schließt, und wenn die Bimetallscheibe gleichzeitig keine Verbindung zwischen dem ersten Paar von festen Schaltern 132 bewirkt. In dem Beispiel in 3 werden sowohl das erste als auch das zweite Heizelement 134 und 135 bei blockiertem Rotor mit Strom versorgt, d.h. wenn das zweite Paar von Schaltern 133 geschlossen und das erste Paar von Schaltern offen ist. Es wird jedoch bevorzugt, dass das erste Heizelement 134 in diesem Zustand überbrückt wird. Wie oben erwähnt ist das erste Heizelement 134 fakultativ und kann vermieden werden.

Dank des zweiten Heizelementes 135 kühlt die Bimetallscheibe 128 nicht so schnell ab, wie sie ohne dieses zweite Heizelement tun würde. Bei passender Wahl des Widerstandes des zweiten Heizelementes 135, d.h. die von dem zweiten Heizelement erzeugte Wärmemenge, kann die Temperaturkurve C3 (vgl. 1) gesteuert werden um die gewünschte Verspätung der Abkühlung der Bimetallscheibe 128 zu erzielen.

4 zeigt die Schutzvorrichtung 126 nach 3 verbunden mit einem Motor 122, der, als Alternative zur Motorschutz-Schaltvorrichtung 104 in 3, ein PTC-Element 105, ein Relais und Stromwicklung 107 aufweist, und 5 zeigt Seiten- und Untenansichten sowie eine teilweise Querschnittansicht der Schutzvorrichtung 126.

Eine zweite und eine dritte Ausführung des Systems nach der vorliegenden Erfindung werden in 6 und 7 gezeigt. In diesem System gibt es, zusätzlich zu dem ersten Laufkondensator CR, einen zweiten Laufkondensator 141 (CR-H). Aus dem folgenden Beispiel wird hervorgehen, dass das zweite Heizelement 135 einen niederohmschen oder einen hochohmschen Widerstand sein kann. Die einzige Aufgabe des zweiten Laufkondensators 141 kann die Versorgung des zweiten Heizelementes 135 mit Strom sein. Wahlweise kann der zweite Laufkondensator auch als zusätzlichen Laufkondensator für den Motor angewandt werden. Der zweite Laufkondensator 141 kann einen verhältnismäßig niedrigen Wert haben, z.B. 0,05-5 &mgr;F, was dem Widerstand des zweiten Heizelementes entspricht, z.B. 2-20 &OHgr;, um eine Wärmeerzeugung daraus von z.B. 0,1-10 W zu bewirken. Z.B. kann eine Leistungsaufnahme von 0,5 W mit einem Widerstand des zweiten Heizelementes von 4 &OHgr;, einem Wert des Laufkondensators von 5 &mgr;F und einer Wechselspannung von 230 V erreicht werden. Eine Leistungsaufnahme von 0,5 W kann in einem anderen Beispiel mit einem Widerstand von 10 k&OHgr;, einem Kondensatorwert von 0,1 &mgr;F und der gleiche Spannung erreicht werden.

Zusammenfassung

Ein System (120) zum Vorwärmen einer Bimetall-Schutzvorrichtung (126) eines Einphasenmotors (122), versehen mit einem ersten Laufkondensator (CR) und wahlweise einem zweiten Laufkondensator (CR-H). Ein erstes und wahlweise ein zweites Paar von festen, normalerweise geschlossenen Schaltern (132, 133 ) sind aktivierbar durch ein Bimetallelement oder eine Bimetallscheibe (128). Ein erstes Vorwärmelement (134) kann vorgesehen sein. Ein zweites Vorwärmelement (135) wird durch den ersten oder den zweiten Laufkondensator versorgt. Das zweite Paar von Schaltern (133) kann das zweite Heizelement (135) mit dem ersten oder dem zweiten Laufkondensator (CR; CR-H) verbinden. Das erste Paar von festen Schaltern ist so aktivierbar, dass das zweite Heizelement versorgt wird, wenn das erste Paar von festen Schaltern offen ist, d.h. wenn der Rotor des Motors blockiert ist. Eine einzige Bimetallscheibe kann zum Öffnen des ersten Paars von festen Schaltern (132) und zum schließen des zweiten Paars von festen Schaltern (133) dienen. Nach einer der Aktivierung folgenden, steuerbaren Zeitverzögerung wird die Schutzvorrichtung automatisch zurückgestellt.


Anspruch[de]
System zum Vorwärmen einer Bimetall-Schutzvorrichtung eines Einphasenmotors mit einem ersten Laufkondensator, wobei die Bimetall-Schutzvorrichtung ein erstes Paar von festen, normalerweise geschlossenen Schaltern aufweist, die durch ein Bimetallelement aktivierbar sind, und wahlweise ein erstes Vorwärmelement versorgt durch den Hauptstrom des Motors, wenn das erste Paar von festen Schaltern geschlossen ist, d.h. bei Normalbetrieb, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein zweites Heizelement aufweist, das durch den ersten Laufkondensator oder durch einen zweiten Laufkondensator versorgt wird, wenn das erste Paar von Schaltern offen ist, und nicht versorgt wird, wenn das erste Paar von Schaltern geschlossen ist. Ein System nach Anspruch 1, mit einem zweiten Paar von festen, normalerweise offenen Schaltern, die das zweite Heizelement mit dem ersten oder dem zweiten Laufkondensator verbindet, wobei das erste und das zweite Paar von festen Schaltern so aktivierbar sind, dass das zweite Paar von festen Schaltern annähernd zur gleichen Zeit schließt, wenn das erste Paar von festen Schaltern öffnet oder kurz danach, d.h. wenn der Rotor des Motors blockiert wird, wobei der erste oder der zweite Laufkondensator mit dem zweiten Heizelement verbunden wird, so dass das zweite Heizelement eine hauptsächlich konstante Niederstromversorgung von dem ersten oder dem zweiten Laufkondensator erhält. Ein System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Paar von festen Kontakten von dem Bimetallelement der Bimetall-Schutzvorrichtung aktivierbar sind. Ein System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Paar von festen Schaltern durch ein separates Bimetallelement aktivierbar ist. Ein System nach jedem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand des zweiten Heizelements weniger als 1 k&OHgr; ist, z.B. weniger als 100 &OHgr;, z.B. im Bereich von 1-50 &OHgr;, z.B. 5-25 &OHgr;. Eine Bimetall-Schutzvorrichtung mit einem ersten Paar von festen Schaltern, das normalerweise von einer Bimetallscheibe geschlossen wird, gekennzeichnet durch ein zweites Paar von festen Schaltern, die im Verhältnis zur Bimetallscheibe so angebracht ist, dass es schließt, wenn die Bimetallscheibe zum Öffnen des ersten Paars von festen Schaltern aktiviert wird. Eine Schutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bimetallscheibe mit zwei Paaren von Schaltelementen zur Erzeugung einer Verbindung mit jedem der ersten und zweiten festen Schaltern versehen ist, wobei die beiden Paare von Schaltelement an einander gegenüberliegende Seiten der Bimetallscheibe angebracht sind. Eine Schutzvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, die zusätzlich ein erstes Vorwärmelement aufweist, das vom Hauptstrom des Motors versorgt wird, wenn das erste Paar von Schaltern geschlossen ist. Eine Schutzvorrichtung nach jedem der Ansprüche 6 bis 8, die zusätzlich ein zweites Heizelement aufweist, das durch das zweite Paar von festen Schaltern versorgt wird. Ein Kompressor mit einem Einphasenmotor, versehen mit einem Laufkondensator, einer Bimetall-Schutzvorrichtung und einem System nach jedem der Ansprüche 1-4 zum Vorwärmen einer Bimetall-Schutzvorrichtung. Ein System mit einem Einphasenmotor und einer Bimetall-Schutzvorrichtung nach jedem der Ansprüche 6-10. Ein Kompressor mit einem System nach Anspruch 11.






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