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Indirektes Wärmeüberstromrelais
Gegenstand der Erfindung ist ein indirektes Wärmeüberstromrelais zum Wärmeschutz von elektrischen
Maschinen, insbesondere Induktionselektromotoren von erhöhter Empfindlichkeit bei unsymmetrischen Zu- ständen des speisenden Netzes, welches mit einer Kompensation der Umgebungstemperatur, mit Bime- tallelementen in der Form des Buchstabens"U"versehen ist, die in der Form sowie der Abmessung für Im- puls- sowie auch Kompensationsarbeitselemente zusammenfallend sind.
Die indirekten Wärmeüberstrom- relais (Überstromlöser), welche zum Schutz der Dreiphasen-Induktionsmotoren gegen Wärmeüberlastun- gen verwendet werden, schützen die kontrollierten Motoren auch bei den unsymmetrischen Zuständen des speisenden Netzes (bei der Unterbrechung einer dei Zuleitungen) zuverlässig nur unter der Voraussetzung, dass die zuständigen Schutzrelais dreipolig mit einem normalen Kennlinienverlauf ausgestattet sind. Die- se Relais mit einer normalen Charakteristik (im Sinne der zuständigen Normen) werden zum Schutz von elektrischen Motoren in üblichen elektrischen Antrieben verwendet. Dagegen wirken Schutzrelais mit einer langsamen Charakteristik, welche für elektrische Motoren mit schwerem Anlauf erforderlich sind, unter den Störungszuständen der Symmetrie des speisenden Netzes mit einer beträchtlichen Verzögerung.
In die- sen Fällen kann die Erwärmung der Wicklung der betroffenen Teile des elektrischen Motors die gegebene
Grenztemperatur schon beträchtlich überschreiten, wodurch die Lebensdauer der Isolation seiner Wicklung wesentlich verkürzt und die Funktion der ganzen Antriebseinheit gefährdet ist.
So sind zum Schutz von elektrischen Motoren von Antrieben mit einem schweren Anlauf, sowohl ge- gen die symmetrische Überlastung, als auch bei unsymmetrischen Zuständen des speisenden Netzes, ver- schiedene Relaissysteme bekannt und in begrenztem Umfang in Verwendung, welche mehr oder weniger zuverlässig sind, deren Funktionseigenschaften jedoch ihre Verwendung verschiedenartig beschränken. So ist es z. B. nicht möglich, ein zuverlässiges System von drei Stromrelais, welche in die Zuleitung zu den elektrischen Motoren eingelegt sind, deren Arbeitskontakte in Serie eingereiht sind und den Schaltkontakt des Drucktastenreglers überbrücken, für eine automatisch arbeitende Einrichtung zu verwenden.
Ein anderes Schutzsystem stellt ein indirektes Schutzüberstromrelais dar, bei welchem die Erhöhung der Empfindlichkeit gegen die unsymmetrischen Zustände des speisenden Netzes durch Ausnützung des relativen Unterschiedes der Lage von einzelnen Impulselementen bei den unsymmetrischen Strömen mittels verschiedener Hebelübersetzungen, Rotationsteilen, Zahnradgetrieben u. dgl. erzielt ist. Diese Relais erfüllen die verlangte Funktion eines vollkommenen Schutzes um den Preis eines komplizierten Mechanismus des Relais, welches in der Herstellung sowie auch bei der Montage anspruchsvoll ist.
Die angeführten Nachteile werden durch c. as erfindungsgemässe indirekte Schutzrelais beseitigt, welches die an ein zuverlässiges indirektes Schutzrelais gestellten Ansprüche befriedigt, dessen Bimetall-Im- pulselemente, welche z. B. aus einem flachen Bandmaterial hergestellt und in die Form des Buchstaben "U"gebogen sind, im Körper des Schutzrelais freigelegt und mit einem Arm gegen den Rahmen des Relais abgestützt sind. Die Enden dieser abgestützten Arme greifen in Öffnungen in einer Rückzugstange ein und die andern Arme der Bimetallelemente durchlaufen frei die Öffnungen in der Rückzugstange und sind mit der Arbeitszugstange fest verbunden.
Dabei ist das Kompensationsbimetall, welches gleichfalls im Körper des Schutzrelais freigelegt ist, mit einem Arm mit der Arbeitszugstange fest verbunden und der andere durch die Arbeitszugstange frei durchgehende Arm ist in die Öffnung in der Rückzugstange eingeschoben.
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Fig. 1 stellt ein prinzipielles Schema und den Zustand der Impulselemente des Schutzrelais in der Ruhelage dar. Im unteren Teil der Figur ist eine Stellung der Arme der Impulselemente-Arbeits-und KompensatioÍ1selemente - in der Arbeitszugstange dargestellt. Fig. 2 stellt einen Zustand der Impulselemente und der Zugstangen nach einer symmetrischen Stromüberlastung dar. Fig. 3 stellt einen Zustand der Impulselemente und der Zugstangen nach einer unsymmetrischen Überlastung (Störungszustand des speisenden Netzes) dar. Fig. 4 stellt eine abgewickelte Form eines Bimetallimpulselementes und seine Lage in einem unendlichen Band bei der Pressarbeit dar.
Das erfindungsgemässe indirekte Wärmeüberstromrelais, welches in Fig. 1 dargestellt ist, besteht aus einem Relaiskörper l, in welchem die Bimetallimpulselemente, welche in der Form des Buchstabens"U", z. B. durch Biegen der Bimetallbänder, gebildet sind, frei eingelegt sind. Die Bimetallarbeitsimpulsele- mente2 sowie auch Kompensationsarbeitsimpulselement 3 sind in Form und Grösse gleich und sind so angeordnet, dass bei der Erwärmung eine Arbeitsausschwenkung in Richtung nach aussen entsteht und die Arme sich öffnen. Es ist aber auch möglich, die Konstruktion so auszuführen, dass die Funktionsbewegung umgekehrt wäre. Die Heizelemente 4 sind so angeordnet, dass sie z. B. innerhalb der Arbeitsbimetalle 2 in deren Mittellinie angebracht sind.
Von allen Bimetallelementen 2 und 3 ist ein Arm 5 mit der Arbeitszugstange 7 fest verbunden. Die Arbeitszugstange ist z. B. aus einem flachen Isolierstoffbande hergestellt, welches mit Öffnungen versehen ist, in welchen die Arme 5, welche im weiteren Arbeitsarme genannt werden, durch Einspannen befestigt sind. Die andern Arme 6 der Arbeitsbimetalle 2, welche im weiteren Rückarme genannt werden, sind gegen die Vorsprünge 8 auf dem Relaiskörper l frei abgestützt und in die Öffnungen der Rückzugstange 9 eingelegt, welche gleichfalls z. B. aus einem flachen IsoliBrstoffband hergestellt ist. Mittels der Feder 10 und der Rückzugstange 9 werden die Rückarme 6 der Arbeitsbimetalle 2 gegen Vorsprünge 8 auf dem Relaiskörper gedrückt.
Die Öffnungen in der Rückzugstange 9 ermöglichen aber eine selbständige Bewegung der Rückarme 6 der Arbeitsbimetalle gegen die Richtung der Funktionsbewegungen der Arbeitsarme 5 nach Überwinden der Kraft der Feder 10.
Die Rückzugstange 9 ist in der führung eingelegt, welche im Relaiskörper ausgebildet ist und dient als ein beweglicher Teil desRelaisauslösers 11. In den Ausschnitt 12 in der Rückzugstange 9 greift ein anderer Arm 13 des Kompensationsbimetalles 3 ein, welches durch den Arm 5 mit der Arbeitszugstange i verbunden ist. Der Arm 13, welcher in dem Ausschnitt 12 der Rückzugstange 9 eingelegt ist, hat einen gewissen Spielraum in der Richtung der Arbeitsausschwenkungen der Impulselemente, mit welchem er auf die Rückzugstange 9 wirkt, welche einen Teil des Auslösers 11 bildet. Das ganze System wird durch die Feder 10 in die Ausgangsstellung gebracht, welche sich gegen die Rückzugstange 9 und den Rahmen des Gerätes 1 abstützt. Der Relaisauslöser 11 betätigt ein an sich bekanntes Kontaktsystem, welches durch einen Kontakt 14 und eine Wiedereinschaltdrucktaste 15 angedeutet ist.
In einem Bereitschaftszustande des Relais ist der Kontakt 14 geschaltet. Die symmetrische Stromüberlastung bzw. unsymmetrische Stromiberlastung wird durch Öffnung dieses Anlasskontaktes angezeigt. Die Empfindlichkeit des Relais kann selbständig für die symmetrische Überlastung durch die Wahl des Spielraumes des Armes des Kompensationsimpulselementes 13 in dem Ausschnitt 12 ( ) reguliert werden und die Empfindlichkeit gegen lie unsymmetrische Belastung durch Überdeckung des Auslösers welcher durch das Ende der Zugstange 9 und den klappbaren Hebel des Auslösers 11 gebildet ist.
In der Fig. 2 ist eine Funktionswirkung des indirekten Wärmerelais nach einer symmetrischen Überstromüberlastung dargestellt. Durch den Durchgang der Überströme durch die Heizelemente 4 entsteht bei ler Überlastung des Verbrauchers eine erhöhte Wärmeentwicklung, auf welche die Arbeitsbimetalle 2 durch : ine Arbeitsausschwenkung reagieren. Die Rückarme 6 der Arbeitsbimetalle stützen sich gegen die Vorsprünge 8 auf dem Relaiskörper ab und die Arbeitsarme 5 führen eine Funktionsbewegung aus, welche ich in einem Verschieben der Arbeitszugstange 7 nach links äussert. Dadurch wird gleichzeitig das Kom- ) ensationsbimetall 3 mitgenommen, welches den Temperatureinfluss der Umgebung, in welcher das Reais arbeitet, kompensiert.
Der Arm 13 des Bimetalles 3 beginnt nach dem Überwinden eines gewissen Spielraumes in dem Ausschnitt 12 der Rückzugstange 9, welcher dem normalen Arbeitshub der Bimetalle :entspricht, die Ruckzugstange in der Richtung nach links zu schieben, bis eine Auslösung des Auslösers 11 Mitsteht. Dadurch wird der in den Steuerkreis eingeschaltete Kontakt 14 geöffnet und der Verbraucher wird rom Netz abgeschaltet.
Nach der Abschaltung des Verbrauchers von dem Netz entsteht eine Abkühlung des ganzen Systems es Schutzrelais. Die Arme der Arbeitsbimetalle kehren in die Ausgangsstellung zurück und die Feder 10 rückt das ganze System in die Ausgangsstellung, welche das Wiedereinschalten des Relais ermöglicht.
Fig. 3 stellt eine Funktionswirkung des Relais nach einer unsymmetrischen Belastung dar, z. B. bei
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der Unterbrechung einer der Zuleitungen des speisenden Netzes zu einem dreiphasigen Induktionsmotor.
In der Figur ist ein, Unterbrechung des Stromes der Mittelphase angedeutet.
Die Arbeitsbimetalle der ersten und der dritten Phase, welche mit Strom belastet sind, stützen sich mit Rückarmen 6 gegen den Körper des Relais ab und die Arbeitsarme 5 führen eine Funktionsausschwenkung aus. Das Bimetallelement der Mittelphase, welches nicht erwärmt wird, weist keine Funktionsausschwenkung auf und wird durch den Arbeitsarm 5 mittels der
Arbeitszugstange 7 getragen. Dadurch wird auch die Rückzugstange 9 mitgetragen, welche schon bei einem verhältnismässig kleinen Hub die Auslösung des Auslösers 11 verursacht. Der Hub der Rückzugstange, welcher für die Wirkung des Auslösers und dadurch auch für die Empfind- lichkeit des Relais für die unsymmetrische Belastung nötig ist, kann reguliert werden.
Nach der Auslösung des Auslösers ist der Zyklus der Abkühlung und des Versetzens des Relais in den
Bereitschaftszustand der gleiche wie im vorhergehenden Falle.
Die Bezugszeichen, welche in der Zeichnung angeführt sind, sind lediglich zwecks Über- sichtlichkeit nur in der ersten Phase des Schutzrelais angedeutet. Mit Rücksicht darauf, dass das Relais dreiphasig ist, wiederholen sich die Bezeichnungen bei den gleichen Teilen der übrigen zwei
Phasen.
Ein Vorteil des erfindungsgemässen Wärmeschutzrelais liegt in der Möglichkeit der Erzielung einer grössen Zeitkonstante, welche z. B. für elektrische Motore. mit einem schweren Anlauf geeignet ist. Die einheitlichen Arbeits- sowie auch Kompensationsbimetallimpulselemente ermöglichen es im Vergleich mit deren bisherigen Konstruktionen, die Zahl der Relaisteile herabzusetzen, weil sie für eine ganze Reihe von Relais- Typengrössen einheitlich sind, welche den Nennströmen der Verbraucher entsprechen.
Die Konstruktionsform der Bimetallimpulselemente 2 und 3, welche in Fig. 4 in einem abgewickel- ten Zustand angedeutet sind, ist so gewählt, dass an der Stelle der maximalen Ausschwenkung, d. h. in der Mittellinie des Biegehalbmessers"U"des Elementes der Durchmesser maximal wäre, wogegen die Ar- me aus Konstruktionsgründen verengt sind, wobei ein Ende des Armes des Bimetallelementes durch einen
Ausschnitt 6 und das andere Ende durch einen Vorsprung 5 gebildet ist. Die angeführte Form verfolgt wei- ters den Zweck einer abfallosen Herstellung der Elemente aus unendlichen Bändern, wobei diese Form ermöglicht, eine Gesamtlänge (Funktionslänge) bei 50-7017je grösser als die Länge des Schrittes des Presswerkzeuges zu erzielen.
Die Abtrennung der Heizelemente oder der Heizwicklung von dem Bimetall bringt weitere Vorteile wie eine Möglichkeit der Anordnung der Heizelemente auf einem isolierenden Tragelement, z. B. aut einem keramischen Tragelement, Isolationserspamis, Herabsetzung der Kurzschlussgefahr der Heizwicklun- gen gegen die Bimetallbänder, einen einfachen Austausch der Heizelemente ohne Eingreifen in das mecha- nische System des Relais usw.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Indirektes Wärmeüberstromrelais zum Schutze von mehrphasigen elektrischen Verbrauchern, insbesondere von elektrischen Asynchronmotoren mit einem Schutze gegen die unsymmetrische Belastung, gegen die symmetrische Überlastung und mit einer Kompensation des Einflusses der Umgebungstemperatur, mit Bimetallimpulselementen in der Form des Buchstabens"U", dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsbimetalle (2), welche im Relaiskörper (1) frei eingelegt sind, mit einem Arm (6) gegen den Rahmen des Relais (1) abgestützt sind und die Enden dieser abgestützten Arme (6) in die Öffnungen in einer Rückzugstange (9) eingreifen und die andern Arme (5) der Arbeitsbimetalle (2), welche durch die Öffnungen in der Rückzugstange (9) frei durchgehen, mit einer Arbeitszugstange (7)
fest verbunden sind, wobei das Kompensationsbimetall (3), welches im Körper des Schutzrelais frei eingelegt ist, durch einen Arm (5) mit der Arbeitszugstange (7) fest verbunden ist und der andere Arm (3), welcher durch die Arbeitszugstange (7) frei durchgeht, in eine Öffnung in der Rückzugstange (9) eingeschoben ist.