DE1513586C - Mehrpoliger thermischer Uberstromaus loser oder mehrpoliges thermisches Über Stromrelais mit vom Strom beheizten Birne fellstreifen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrpoligen thermischen Überstromauslöser oder auf ein mehrpoliges thermisches Überstromrelais mit vom Strom beheizten Bimetallstreifen.

Thermische Überstromauslöser oder thermische Überstromrelais der üblichen Bauform müssen mit diesen vorgeschalteten Sicherungen geschützt werden, da sie bei Auftreten eines bestimmten Vielfachen des eingestellten Stromes zerstört werden können.

Bei Strömen von unter dem Achtfachen des eingestellten Stromes kann das normale thermische Relais oder der thermische Auslöser noch rechtzeitig die Abschaltung einleiten. Bei Strömen über dem Achtfachen des eingestellten Stromes schaltet dann die Sicherung den Stromkreis und damit das thermische Relais oder den thermischen Auslöser ab.

In vielen Fällen der Praxis ist aber der Schnittpunkt zwischen den Auslösekurven des thermischen Relais oder der thermischen Auslöser und der Sicherungskennlinie zu niedrig. Es wäre für die Praxis zweckmäßiger, wenn das thermische Relais oder der thermische Auslöser mehr als das Achtfache des eingestellten Stromes vertragen könnte, ohne Schaden zu erleiden. Dadurch wäre es möglich, die vorgeschaltete Sicherung höher zu wählen. In vielen Fällen könnte dann die ohnehin in einem Kreis vorgesehene Leitungssichcrung gleichzeitig als Schutzsichcrung für das thermische Relais verwendet werden.

Aus der deutschen Auslcgeschrift 1 129 606 ist eine Schutzschaltung für elektrische Gcrälc bekannt, bei der eines oder mehrere der vorzugsweise aus einem Bimetall bestehenden temperaturabhängigen Elemente zusätzlich von einem Heizwert beeinflußt wird, der von der Umgebungs- oder Gerätetemperatur des überwachten Gerätes in temperaturkompensierendem Sinne abhängig ist. Diese bekannte Schutzschaltung dient im wesentlichen zur Temperaturkompensation. Es fehlen wesentliche Merkmale der nachfolgend erläuterten Erfindung, nämlich die metallische Verbindung zwischen den beiden Ausdehnungselementen, damit ein Wärmefluß bzw. -Übergang eintreten kann, und ferner fehlt die gemeinsame Vorrichtung zur Auslösung in Abhängigkeit von der Differenzausbiegung der beiden Bimetallstreifen je Phase.

Aus der deutschen Patentschrift 957 960 ist ferner ein Nennstromverstellglied mit einem die Schwankungen der Umgebungstemperatur ausgleichenden Bimetallstreifen für Selbstschalter mit strombeheiztem Wärmeauslöser bekannt, welches aus einem zweiteiligen, um eine Welle drehbaren Hebelsystem für die Kompensation und für die Auslösung besteht. Der den Bimetall-Kompensationsstreifen tragende Hebel weist eine Ausladung auf, auf welche der Überstromauslösestreifen einwirkt und welche den Kornpensationsstreifen gegen Wärmestrahlung schützt.

Es ist ferner aus der österreichischen Patentschrift 232 573 ein indirektes Wärmeüberstromrelais bekannt, welches auf symmetrische und unsymmetrische Belastung anspricht und mit einer Raumtemperaturkompensation ausgerüstet ist. Bei dieser bekannten Konstruktion ist jeder Arbeitsbimetallstreifen U-förmig gestaltet, so daß der eine Schenkel als Arbeitsarm auf eine Arbeitszugstange einwirkt und der andere Schenkel als Rückarm sich auf einem festen Anschlag abstützt. Es ist ferner ein ebenfalls U-förmig gestalteter Kompensationsbimetallstreifen und schließlich eine Rückzugstangc vorgesehen. Es ist jedoch je Phase nur ein Bimetallstreifen vorgesehen, so daß trotz Vorhandenseins des Kompensationsstreifens und zweier Stangen die nachfolgend erläuterte erfindungsgemäße Konstruktion und die sich hieraus ergebenden Vorteile nicht verwirklicht sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kurzschlußfestigkeit der Ausdehnungselemente, vorzugsweise der Bimetallstreifen, von thermischen Überstromauslösern oder -relais zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem mehrpoligen thermischen Überstromauslöser oder mehrpoligen thermischen Relais der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß je Phase zwei unterschiedlich beheizte, über ein Verbindungsstück metallisch miteinander verbundene Bimetallstreifen gemeinsam an einer derartig ausgebildeten Vorrichtung angreifen, daß eine Auslösung in Abhängigkeit des Differenzwcges der ausgebogenen Bimetallstreifen erfolgt.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß eine Auslösung erst in den Betriebszuständen erfolgen sollte, in denen eine Zerstörung durch Überhitzung besonders gefährlich ist. Dies ist bei einer plötzlich ansteigenden Strombclastung der Fall und bei einer unterschiedlichen Belastung der einzelnen Phasen.

Mit diesem konstruktiven Aufbau des Relais wird erreicht, daß bei langsam ansteigender Belastung die Wärme von dem stark beheizten Bimetallstreifen durch Wärmeleitung über das metallische Verbindungsstück auf den anderen Bimetallstreifen übergeht, so daß dieses ebenfalls eine Temperaturerhöhung und damit auch eine Ausbiegung erfährt. Da die gemeinsame Vorrichtung zur Auslösung erfindungsgemäß so gestaltet ist, daß sie nur bei Erreichen einer bestimmten Diiferenzausbiegung der beiden Bimetallstreifen die Auslösung vornimmt, wird in diesem Falle die Auslösung erst bei einer verhältnismäßig großen Belastung erfolgen. Bei einer rasch ansteigenden Strombelastung wird sich der stärker beheizte Bimetallstreifen sehr schnell ausbiegen, während der weniger stark beheizte Bimetallstreifen nicht so schnell durch die Wärmeleitung mitbeheizt wird. Letzterer biegt sich somit weniger stark aus, so daß sich ein großer Betrag der Differenzausbiegung ergibt, der zur sofortigen Auslösung führt.

Vorteilhafterweise können mit diesem Relais die Abschaltzeiten bei Strömen über dem Achtfachen des Einstellstromes so verkleinert werden, daß für die vorgeschaltete Sicherung eine mit einer höheren Stromstärke gewählt werden kann.

In vorteilhafter Weise kann einer der beiden Bimetallstreifen mit einer Heizwicklung versehen sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösevorrichtung so ausgebildet ist, daß eine Wiedereinschaltung erst kurz vor der dem unbeheizten Zustand entsprechenden Ruhestellung der Bimetallstreifen erfolgt. Hierdurch wird erreicht, daß eine Abschaltung der Anlage erfolgt, wenn z. B. im Motor infolge zu hoher mechanischer Beanspruchung in allen Phasen zu einer höheren Stromaufnahme gezwungen wird. Die Wiedereinschaltung der Auslösevorrichtung erfolgt jedoch erst dann, wenn die Bimetallstreifen nauezu in der stromlosen Ruhelage sich befinden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der

Erfindung erfolgt eine Auslösung in Abhängigkeit des Differenzweges der ausgebogenen Bimetallstreifen verschiedener Phasen. Hierdurch wird bei unterschiedlichen Strombelastungen in den einzelnen Phasen eine zeitlich schnellere Auslösung erreicht als bei einer gleichmäßigen Belastung.

In vorteilhafter Weise ist das erfindungsgemäße Relais noch derart ausgebildet, daß die Auslösevorrichtung aus zwei Schiebern besteht, an deren erstem Schieber doppelarmige Hebel in Lagerstellen ge- ίο lagert sind, deren eine Hebelarme von dem mit der Heizwicklung versehenen Bimetallstreifen betätigbar sind und deren andere Hebelarme mit dem zweiten Schieber zusammenwirken, mit dem ein bewegliches Kontaktstück verbunden ist, und daß die nicht mit der Heizwicklung versehenen Bimetallstreifen in einer Öffnung des ersten Schiebers angreifen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schema dargestellt. Als Ausdehnungselemente sind bei diesem Ausführungsbeispiel Bi- metallstreifen verwendet, wobei nur auf einem Bimetallstreifen je Strombahn eine Heizwicklung aufgebracht ist. Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel betrifft ein zweiphasiges thermisches Relais. Die erfindungsgemäßen Merkmale können aber auch sinngemäß auf einen thermischen Auslöser übertragen werden. Es zeigt

Fig. 1 ein thermisches Relais in kaltem Zustand ohne Stromfluß,

F i g. 2 das Relais gemäß F i g. 1 bei Beheizung mit Nennstrom in allen Phasen (gestrichelte Darstellung eines der beiden Bimetallstreifen) und bei Beheizung mit z. B. 1,5-fachem Nennstrom (ausgezogene Darstellung eines der beiden Bimetallstreifen),

Fig. 3 die Auslösung des Relais beim Fließen eines Stromes über dem Achtfachen des eingestellten Stromes und

F i g. 4 die Auslösung des Relais bei unterschiedlichen Strömen in den verschiedenen Phasen.

Ein erster Bimetallstreifen 1 ist mit einem zweiten Bimetallstreifen 2 metallisch durch ein Verbindungs-. stück 3 verbunden. Eine Heizwicklung 4 liegt nur über dem ersten Bimetallstreifen 1. Der Strom fließt durch eine Zuleitung 5 in die Heizwicklung 4 über eine Schweißstelle 6 durch den Bimetallstreifen 1 zur Ableitung 7. Die Heizwicklung könnte auch ohne Verschvveißung über dem Bimetallstreifen liegen. Ein Schieber 8 wird durch die Bimetallstreifen 2 in der in Fig. 1 gezeigten Lage gehalten, indem die Bimetallstreifen 2 in eine Öffnung 9 so eingreifen, daß eine Feder 10 den Schieber 8 nicht in die Richtung A verschieben kann. An dem Schieber 8 sind Hebel 11 und 12 in Lagerstellen 13 und 14 gelagert. Die Bimetallstreifen 1 greifen an Hebelarmen 15 und 16 an, während Hebelarme 18 und 17 einen Schieber 19 in Richtung B verschieben können. An dem Schieber 8 ist eine Kontakteinrichtung 20 angeordnet. Ein bewegliches Kontaktstück 21 steht in Verbindung mit dem Schieber 19. Feststehende Kontaktstücke 22 sind mit beweglichen Leitungen 23 verbunden. Durch Verschieben des Schiebers 19 in Richtung D kann mit Hilfe einer Schraube 24 über einen Raumkompensationsstreifen 25 das thermische Relais auf verschiedene Einstellbereiche eingestellt werden. Die Schraube 24 steht unter leichtem Druck einer Feder 26, die an einem Anschlag 27 und der Schraube 24 anliegt. Durch die Verschiebung des Schiebers 19 werden die Angriffspunkte der Hebel 17 und 18 verändert und dadurch der erforderliche Ausbiegeweg bei verändertem Strom erreicht.

Die Wirkungsweise des Relais ist folgende: Sobald der Nennstrom entsprechend dem Einstellbereich fließt, gehen die Bimetallstreifen aus ihrer Ruhelage (kalter Zustand der Bimetallstreifen) in die Lage entsprechend Fig. 2 über (gestrichelt dargestellte Bimetallstreifen 1). Der Schieber 8 ist dabei durch die Feder 10 in die Endlage (Anschlag 28) gebracht und hat den Weg α zurückgelegt. Die Kontaktstücke bleiben dabei geschlossen (wie in Fig. 1). Fließt ein unzulässig hoher Strom, dann biegen sich die Bimetallstreifen 1 weiter durch, und bei der Durchbiegung (entsprechend dem Weg b) sind die Kontaktstücke (21, 22) geöffnet (F i g. 2).

Bei thermischen Relais der üblichen Bauweise besteht für das Relais eine Gefahr, bei hohen Belastungsströmen ausgehend vom kalten Zustand.

Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau des Relais dagegen wird bei einer außergewöhnlich hohen Belastung der Auslöseweg des Bimetallstreifens 1 sehr klein (F i g. 3), entsprechend dem Weg b'. Da der Bimetallstreifen 2 beim Fließen eines rasch auf sehr hohe Werte ansteigenden Stromes nicht so schnell in der Ausbiegung folgen kann wie der Bimetallstreifen 1, so wird schon bei einer Ausbiegung des Bimetallstreifens 1 entsprechend dem Weg b' die Auslösung erfolgen, da der Differenzweg zwischen den Bimetallstreifen 1 und 2, der zur Auslösung notwendig ist, erreicht wurde. Der Schieber 8 hat nur einen kleinen Weg zurückgelegt, so daß zwischen dem Anschlag 28 und dem Schieber 8 der Weg a' verbleibt. Es kann also eine Sicherung mit bedeutend höherer Nennstromstärke dem thermischen Relais vorgeschaltet werden. Hat das thermische Relais die Ausschaltung bewirkt, dann gehen die Bimetallstreifen 1 und 2 durch Abkühlung in den Ruhezustand. Die Einschaltung erfolgt erst, wenn die beiden Bimetallstreifen 1, 2 nahezu in der Ruhelage entsprechend Fig. 1 sind. Bei einer Ausbiegung, wie sie bei betriebswarmem Zustand vorliegt, also wenn die Bimetallstreifen 1 und 2 den großen Ausbiegeweg haben, ist dies besonders wichtig, da dann auch der Motor schon seine Betriebstemperatur angenommen haben kann.

Bei mehrphasigen Relais wird erfindungsgemäß eine schnelle Abschaltung erreicht, wenn in den einzelnen Phasen unterschiedliche Ströme fließen. Nimmt man an, das thermische Relais nach F i g. 4 sei für einen Drehstromverbraucher, bei dem nur zwei Phasen über das thermische Relais vom Strom durchflossen werden, während in einer Phase kein Strom fließt, dann wird die Auslösung bereits erreicht, wenn der Bimetallstreifen 1 der oberen Phase sich nur um den Weg b" durchbiegt. Der Schieber 8 wird dabei überhaupt nicht nach oben verschoben. Der Weg α zwischen dem Schieber 8 und dem Anschlag 28 entspricht dabei dem Weg α nach Fig. 1.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mehrpoliger thermischer Überstromauslöser oder mehrpoliges thermisches Überstromrelais mit vom Strom beheizten Bimetallstreifen, dadurch gekennzeichnet, daß je Phase zwei unterschiedlich beheizte über ein Verbindungsstück (3) metallisch miteinander verbundene Bimetallstreifen (1, 2) gemeinsam an einer derartig ausgebildeten Vorrichtung (8 bis 19) angreifen,

daß eine Auslösung in Abhängigkeit des Differenzweges der ausgebogenen Bimetallstreifen (1, 2) erfolgt.

2. Auslöser oder Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Bimetallstreifen (1, 2) mit einer Heizwicklung (4) versehen ist.

3. Auslöser oder Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösevorrichtung (8 bis 19) so ausgebildet ist, daß eine Wiedereinschaltung erst kurz vor der dem unbeheizten Zustand entsprechenden Ruhestellung der Bimetallstreifen (1, 2) erfolgt.

4. Auslöser oder Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auslösung in Abhängigkeit des Differenzweges der ausgebogenen Bimetallstreifen (1, T) verschiedener Phasen erfolgt.

5. Auslöser oder Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösevorrichtung aus zwei Schiebern (8, 19) besteht, an deren erstem Schieber doppelarmige Hebel (11,12) in Lagerstellen (13,14) gelagert sind, deren eine Hebelarme (15,16) von dem mit der Heizwicklung (4) versehenen Bimetallstreifen (1) betätigbar sind und deren andere Hebelarme (17,18) mit dem zweiten Schieber (19) zusammenwirken, mit dem ein bewegliches Kontaktstück (21) verbunden ist, und daß die nicht mit der Heizwicklung (4) versehenen Bimetallstreifen (2) in einer Öffnung (9) des ersten Schiebers (8) angreifen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen