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Magnetstreufeldrelais
Die Erfindung betrifft ein Relais, mit dem man einen grossen Spannungsspielraum zwischen dem Ansprechen und dem Abfallen erzielen kann und das insbesondere für das automatische Abschalten des Startkondensators einphasiger Motoren bestimmt ist.
Solche Motoren sind im allgemeinen für das Anlaufen mit einer Hilfswicklung versehen, die im Augenblick des Anlaufens über einen Kondensator, beispielsweise einen elektrochemischen Kondensator, gespeist wird, wie dies in der Einleitung zur deutschen Patentschrift Nr. 1021924 beschrieben ist.
Die Abschaltung dieser Hilfswicklung wird im allgemeinen durch eine Zentrifugalkraftkupplung bewirkt, sobald die Drehzahl des Motors einen vorgegebenen Wert erreicht hat (Einkupplungsgeschwindigkeit).
Solche Kupplungen sind im allgemeinen sehr teuer und müssen je nach der Drehzahl, bei der sie
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bei z. B. 1500 U/min angewendet werden.
Um diese Nachteile zu umgehen, wurden Kupplungs-Unterbrecher vorgeschlagen, wie solche in oben genannter deutscher und in der franz. Patentschrift Nr. 1029540 beschrieben sind, d. h. Relais, die durch Änderung der Spannung ihres Betriebsstromes wirken. Diese Relais können aber nicht auf eine Wirkung bei genauen Spannungs- bzw. Stromwerten eingestellt werden, d. i. auf eine Wirkung, die genau mit einer bestimmten Drehzahl des Motors, dem das Relais zugeordnet ist, übereinstimmt.
Die Erfindung hat zum Ziele, die Mängel solcher Relais zu beheben, und sie betrifft ein Magnetstreufeldrelais, das erfindungsgemäss gekennzeichnet ist durch ein die Erregerspule allseitig umschliessendes, aus einem rohrförmigen Kern und einem topfförmigen Mantel bestehendes magnetisches Joch, dessen eine Stirnwand eine das eine Kemende freilegende Öffnung aufweist, einen in diese Öffnung mit etwas Spiel einpassenden, durch eine Feder vom Joch weg, gegen einen Anschlag gedrückten und mit einer elektrischen Schalteinrichtung verbundenen Anker.
Das erfindungsgemässe Relais zeichnet sich durch eine besonders niedrige Ablösespannung aus. Dies rührt vor allem daher, dass der Anker in seiner angezogenen Lage den Magnetkreis praktisch völlig schliesst, was wieder durch die besondere Gestaltung des Joches als ein die Erregerspule praktisch völlig umschliessender Magnetkreis ermöglicht wird. Die Einstellbarkeit der Ruhelage des Ankers erlaubt es anderseits, die Ansprechempfindlichkeit des Relais in weiten Grenzen einzustellen, die ja durch den Streufluss innerhalb der Bohrung im Joch und dessen Einwirken auf den Anker beeinflusst wird.
Bei Verwendung des erfindungsgemässen Relais im Startkreis eines Einphasenmotors wird der Schalter des Relais in den Speisestromkreis der Hilfswicklung des Motors in Serie mit dieser Wicklung gelegt.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf einzelne der im folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschriebenen Merkmale. In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsformen des Relais dargestellt. Im einzelnen zeigt Fig. l eine Teilansicht eines Axialschnitts einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Relais, Fig. 2 eine Ansicht von unten der in Fig. l gezeigten Isolierplatte, Fig. 3 eine Schnittdarstellung längs der Linie III-III der Fig. 2 von links gesehen, Fig. 4 eine Ansicht im Schnitt längs
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der Linie IV-IV der Fig. 2 in Richtung des auf diese Linie zeigenden Pfeils gesehen, die Fig. 5 und 6 eine Ansicht von der Seite bzw. von oben des in Fig. 4 gezeigten Führungstellers, Fig. 7 eine Draufsicht des in Fig. 4 gezeigten beweglichen Kontaktträgers, die Fig.
8 und 9 eine Seitenansicht im axialen Schnitt bzw. eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen Relais und die Fig. 10 und 11 Schaltbilder des Relais in seiner Verwendung zum Anlassen von mit Kondensatoren versehenen Einphasenmotoren u. zw. für Betriebsspannungen von 110 bzw. 220 Volt.
Das erfindungsgemässe Relais wird in seinen in den Figuren dargestellten Ausführungsformen im folgenden in seiner Anwendung zum Anlassen von Einphasenmotoren beschrieben. Selbstverständlich kann es auch in allen Fällen verwendet werden, wo es sich um das Schliessen oder Unterbrechen eines Stromkreises in Abhängigkeit vom Anstieg oder der Abnahme einer Stromspannung oder-stärke in der Relaisspule handelt.
Das als erste Ausführungsform der Erfindung in den Fig. 1 bis 7 dargestellte Relais weist insbesondere eine Steuerungseinrichtung, eine Schaltereinrichtung un Anschlagvorrichtungen für den beweglichen Auslöser der Steuerungseinrichtung auf.
Die Steuerungseinrichtung umfasst im wesentlichen : Eine Elektromagnetspule --1--, die durch die beim Anlassen infolge der wachsenden Drehzahl des Läufers an den Klemmen der Hilfswicklung des Motors induzierte wachsende Spannung gespeist wird ; einen Magnetkreis, der aus einem rohrförmigen abgedrehten Weicheisenkem-2--, in dessen Mitte eine Bohrung für den Durchtritt des die Schalteinrichtung des Relais betätigenden beweglichen Auslösers vorgesehen ist, einer ausgestanzten Unterlegscheibe--3-, ebenfalls aus Weicheisen, in die der Kern --2-- eingesetzt ist (und die mit einem zweckmässig angeordneten Loch zum Austritt der Anschlussdrähte der Spule--l--versehen ist)
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Aussendurchmesser des Kerns --2-- versehen ist, besteht ;
einen beweglichen Auslöser zur Betätigung des Relaisschalters, bestehend aus einer isolierenden Achse-6- (Fig. l) und einer Ringscheibe --8-- aus Weicheisen als beweglichem Anker.
Die Führung der Achse-6-in der Bohrung des Kerns --2-- wird durch zwei Lagerflächen dieser Bohrung gewährleistet, wobei der Absatz am Ende des Bohrungsabschnittes mit dem grösseren
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angegeben, aus der ausgestanzten Weicheisenringscheibe --8-- besteht. Diese Ringscheibe --8-- wird also in Ruhestellung durch die auf die Achse --6-- wirkende Feder --7-- nach oben gedrückt,
bis sie an die Unterseite einer Hohlschraube-9-anschlägt. Diese Schraube --9-- ermöglicht die Einstellung des Abstands zwischen der Ringscheibe --8-- und dem Ende des Kerns--2--von der Aussenseite des diese Steuerungseinrichtung enthaltenden isolierenden Gehäuses-10-und man kann auf diese Weise einen bedeutenden Streufluss zwischen der Bohrung --5-- des Magnetjochs --4-- und dem Ende des Kerns--2--erhalten.
Wenn die angelegten Spannungen gering sind, befindet sich der Anker-8-in seiner Ruhestellung ausserhalb des aus dem Kern --2-- austretenden Flusses. Bei steigender Spannung erreicht der Fluss den Anker-8-und dieser wird angezogen, bis er den Kern-2-berührt.
Bei dieser erfindungsgemässen Anordnung tritt praktisch kein Streufluss mehr auf, wenn der bewegliche Anker --8-- sich in der Arbeitsstellung, d. h. in Berührung mit dem Kern --2--, befindet und die Ablösespannung des Ankers nimmt so einen sehr niedrigen Wert an, was für diese Art von Relais besonders günstig ist.
Die Regelschraube-9-gestattet, die Ringscheibe --8-- von kern --2-- zu entfernen oder ihm anzunähern und so die Ansprechspannung zu erhöhen oder herabzusetzen und infolgedessen eine optimale Regelung der Arbeitsspannung des Relais und damit der zum Abschalten des Startkondensators des Motors gewählten Geschwindigkeit zu erzielen.
Am inneren Ende des Kerns-2-ist eine Lasche-11-angebracht, die mehreren Zwecken dient : Wenn sie mit dem elektrischen Stromkreis verbunden ist, dient sie als Leiter und gleichzeitig als Träger, was die Anbringung des Relais an einer der Klemmen des Motors gestattet. Ausserdem trägt diese Lasche --11-- mittels zweier Nieten --12'-- eine Isolierplatte --12--, die ihrerseits alle Zubehörteile der elektrischen Kontakte aufnimmt. Da die Zubehörteile alle auf der Platte-12--, beispielsweise durch Nieten, angebracht sind, wird zwischen die Platte--12--und die Lasche--l l-- eine dünne Isolierscheibe--42--gelegt, die die Isolierung der unter Spannung stehende Teile gegenüber der Masse gewährleistet.
Ein zweiter Deckel --13-- bildet einen Hohlraum-14--, in dem die Schalteinrichtung des
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Relais angeordnet ist. Dieser ergänzende Deckel --13-- ist am Gehäuse --10-- vorzugsweise über zwei angeformte Ösen, befestigt, wobei die Verbindung beispielsweise mittels zweier Hohlnieten-15hergestellt wird. Die im Hohlraum --14-- befindliche Schalteinrichtung ist so angeordnet, dass sie durch die isolierende Achse-6-betätigt werden kann, die, wie oben angegeben, in dem die Schalterkontakte betätigenden Auslöser vorgesehen ist ; diese Kontakte können als Ruhe- (Offnungs-), Arbeits- (Schliess-) oder auch als Umschaltkontakte ausgebildet sein.
Im folgenden wird die Schalteinrichtung des Relais in einer Ausführungsform mit "Ruhekontakten" beschrieben, u. zw. wieder im Beispiel der Verwendung des Relais im Anlasserkreis eines mit einem Kondensator versehenen Einphasenmotors. Diese Schalteinrichtung umfasst insbesondere auf der Isolierplatte-12-zwei Träger-16- (die mit Hohlnieten --12'-- befestigt sind) für die Silberkontakte-18--. Diese Träger-16-können ausserhalb der isolierenden Deckel-10 und 13-jeweils eine Gabel-17- (Fig. 3) zur Aufnahme eines anzulötenden Drahts oder Kabels aufweisen, sie können jedoch auch zum Aufstecken von abnehmbaren, federnd klemmenden Steckbuchsen ausgebildet sein.
Die bei--18--angeordneten Silberkontaktstücke stellen den unbeweglichen Teil des Ruhekontakts dar.
Die beiden Zuleitungsdrähte der Spule-l-sind durch eine in der Platte --12-- angebrachte Öffnung-19-geführt, und der eine von ihnen ist an einem fest angebrachten Kabelschuh-20angelötet (an dessen freiem Ende man den Verbindungsdraht anlöten oder eine abnehmbare, federnd
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kommende Draht, der bei-21-angelötet war, wird statt dessen bei-23-am Verbindungssteg - angelötet. Einer der beiden Kontaktträger kann bei --24-- abgeschnitten sein, wie in Fig. 2 gestrichelt gezeichnet.
Die Schalteinrichtung umfasst ferner einen Halter--25--des beweglichen Kontakts, der beispielsweise durch Nieten an der Isolierplatte-12-befestigt ist und von den beiden Schenkeln eines
U-förmig gebogenen Stücks gebildet wird, von denen der eine Schenkel-26- (Fig. 4) als
Anschlagspunkt bei der Bewegung des beweglichen Kontakts --28-- dient, während der andere Schenkel --27-- gleichzeitig zur Ausrichtung des beweglichen betätigten Kontakts --28-- und zur
Verankerung (um eine leichte Stauchung --32-- herum) und Zentrierung einer Druckfeder-33- dient. Ein beweglicher Kontaktträger-36-trägt die beiden Silberkontaktstücke --39--, die gegen die beiden Kontaktstücke --18-- der festen Kontakte drücken.
In dem beweglichen Kontaktträger ist eine rechteckige Öffnung --30-- angeordnet, die von der Stauchung --32-- umgeben wird und die
Führung längs der Schenkels --27-- des Halters --25-- gestattet, während die Schwenkung des Kontaktträgers-28-um den Schenkel --26-- herum mit Hilfe einer Lagerpfanne-31-erzielt wird, die in Form einer Vertiefung des Kontaktträgers --28-- ausgebildet ist.
Eine tiefgezogene Schale-34- (Fig. 5 und 6) zentriert die Feder --33-- auf dem Schenkel --27-- und lässt sich an diesem Schenkel durch eine in ihr vorgesehene kreuzförmige Öffnung-35und infolge der entsprechenden Einschnitte am Ende des Schenkels-27- (Fig. 3 und 4) rasch verankern.
Die Schale --34-- ist genügend tief, damit sie, einmal an Ort und Stelle, verhindert, dass der Schenkel --26-- infolge eines Stosses oder irgend einer andern Belastung im Betriebsverlauf aus der
Vertiefung --31-- herausspringt. Wenn die Anordnung zusammengebaut ist, befindet sich der Angriffspunkt der Achse --6-- ungefähr bei --36-- (Fig.7).
Die zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen Relais, die in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist, gestattet die Beibehaltung einer vorgenommenen Justierung, wenn die Gebrauchslage des Relais nicht mit der Lage, in der die Justierung erfolgte, übereinstimmt, (insbesondere im Fall der Verwendung des Relais in einer um 180 um die Waagrechte gegenüber der in den Fig. 1 oder 8 gezeigten Stellung gedrehten Lage).
In dieser zweiten Ausführungsform sieht man im Deckel --10-- einen Raum vor, in dem Ausgleichsmassen --40-- am Relaisauslöser angebracht werden können. In diesem Fall weist das Relais eine Unterlegscheibe --37-- auf, die durch Stanzen und Biegen eine oder zwei Klappen-38-- mit jeweils zwei Löchern besitzt, in denen die zwei Zapfen--39--der symmetrischen Ausgleichsmassen - gelagert sind. Jede Masse besitzt einen Metallfinger-41--, der auf den beweglichen Anker --8--drückt.
Jeder Metallfinger --41-- wird durch magnetische Anziehung an den beweglichen Anker-8herangezogen, folgt daher dessen Verschiebungen und bewirkt die entsprechende Kippbewegung seiner
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Ausgleichsmasse.
Die Ausgleichsmasse oder Ausgleichsmassen kompensieren unabhängig von der Lage des Relais die Bewegungen des Auslösers, und Ansprechspannung oder Ansprechstromstärke des Relais bleiben von der Verschiebungsrichtung des beweglichen Auslösers unabhängig.
Das erfindungsgemässe Relais wird, wie oben beschrieben, bei seiner Verwendung beim Anlassen von mit Kondensatoren versehenen Einphasenmotoren in den Stromkreis dieser Motoren eingebaut, wie in den Fig. 10 und 11 gezeigt, die eine Stromversorgung mit 110 V bzw. eine mit 220 V darstellen.
In diesen Figuren sind mit--A--der Anlasskondensator, mit--B bzw. C--die Schalteinrichtung bzw. die Spule des Relais, mit-D-die Hilfswicklung des Motors und mit-E-- die Hauptwicklungen des Motors bezeichnet.
Als Beispiel sei angegeben, dass bei dem erfindungsgemässen Relais (dessen Spule nach Belieben eine Spannungs- oder Stromspule sein kann) die Ansprechspannung oder-Stromstärke ungefähr das 4-fache der Ablösungsspannung oder-Stromstärke ist, während die normale Dauerbetriebsspannung oder-Stromstärke ungefähr das 3-fache der Ablösungsspannung oder-Stromstärke sein kann.
Das oben in seinen beiden Ausführungsformen beschriebene Relais kann auch in gleicher Weise als Fehlerspannungsrelais gegen Erde (d. h. als Masse- oder Erdrelais) verwendet werden.
In dieser (nicht dargestellten) Ausführungsform verbindet man mit der Schalteinrichtung eine Federzunge um den beweglichen Kontaktträger in seiner Arbeitsstellung (offen) zu halten, wenn er infolge des Ansprechens der Spule in diese Stellung gelangt.
Diese Haltezunge ist mit einem von Hand zu betätigenden Entriegelungsknopf (üblicher Federdruckknopf) verbunden, der dazu dient, die Federzunge zurückzudrücken und so den beweglichen Kontaktträger freizusetzen.
In diesem Fall können die auf dem beweglichen Träger angeordneten Kontakte entweder einpolig sein zwecks Einsatz im Sicherungsstromkreis eines Schützes, oder zweipolig, um die direkte Abschaltung des Betriebsstroms zu bewirken.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen und dargestellen Ausführungsformen beschränkt.
Sie kann auch in andern Arten und Ausführungsformen verwirklicht werden, insbesondere wie folgt :
Der Deckel kann eine Parallelepipedform haben und mit Steckern versehen sein, die im Hinblick auf die beabsichtigte Verwendung angeordnet sind ; im Fall des Anlassens eines Einphasenmotors kann die an den Elektromagnet des Relais gelegte Spannung von einem Ende der Hilfswicklung und einem Phasendraht des Betriebsstroms abgenommen werden ; man kann auch in gleicher Weise eine gleichgerichtete Spannung zur Speisung des Elektromagneten des Relais verwenden ; für besondere Anwendungszwecke kann die Spule des Elektromagneten mit einer getrennten Erregung versehen sein und keinerlei Verbindungspunkt mit den Kontakten haben ; schliesslich können die Kontakte Arbeitskontakte oder (wie in den Figuren gezeigt) Ruhekontakte oder auch Umschaltkontakte sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Magnetstreufeldrelais, gekennzeichnet durch ein die Erregerspule (1) allseitig umschliessendes, aus einem rohrförmigen Kern (2) und einem topfförmigen Mantel (4) bestehendes magnetisches Joch, dessen eine Stirnwand eine das eine Kernende freilegende Öffnung (5) aufweist, einen in diese Öffnung mit etwas Spiel einpassenden, durch eine Feder (7) vom Joch weg, gegen einen Anschlag (9) gedrückten und mit einer elektrischen Schalteinrichtung verbundenen Anker (8).
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