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Elektromagnetisches Zeitrelais.
Obwohl Schalter mit selbsttätiger Überstrom-Zeitauslösung seit Jahren gebaut werden, konnten sie wegen des hohen Preises doch nur für ganz grosse Stromverbraucher in Betracht kommen, so dass deren Anwendungsgebiet notwendig ein sehr beschränktes bleiben musste. Nebst den Anschaffungskosten war zudem der beträchtliche Umfang solcher ÜberstromZeitauslösungen ein weiteres Hindernis für eine grosse Verbreitung. Namentlich zum Einbau in kleine Schaltkästen blieben sie ungeeignet. Die unbequemen Abmessungen rühren hauptsächlich davon her, dass deren Elektromagnet die Massenträgheit des ruhenden Hemmwerkes zu überwinden hat, wenn seine Zugkraft am kleinsten ist. Dies erfordert natürlich eine grosse Amperewindungszahl und beträchtliche Eisenmassen, welche letztere zum Teil ebenfalls angetrieben werden müssen.
Es sind auch bereits Überstrom-Zeitrelais mit Doppelzeitauslösung bekannt, die dem Wesen nach eine Vereinigung eines Zeitrelais mit einem gewöhnlichen Überstromrelais für Schnellwirkung darstellen. Bei geringer Überlastung, bis zu einem Überstrom von z. B. 100 V. H.. wird dabei die Ausschaltung nach einer gewissen Zeit, bei hoher Überlastung (Überströme von z. B. 100 bis 400 v. H.) und bei einem Kurzschluss dagegen sofort zu erfolgen. Auch diese Höchststromzeitrelais weisen die gleichen, obenerwähnten Übelstände auf.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht e" die genannten Mängel zu beseitigen. Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Anker eines die verzögerte
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unter dem Einfluss des ihn erregenden elektrischen Stromes zunächst einen Teil seines Hubes ungehindert und lose durchlaufen, somit einen grösseren Kraftlinienfluss erzeugen und gleichzeitig eine gewisse lebendige Kraft erlangen kann ; erst dann trifft er auf ein Hemmwerk und setzt dieses rein mechanisch derart in Gang, dass dabei ein Gewicht gehoben oder eine Feder o. dgl. gespannt wird ; diese Organe in Verbindung mit einem Sperrgetriebe oder einer sonstigen Entkupplungsvorrichtung reichen hernach aus, um das Hemmwerk in an sich bekannter Weise, jedoch unabhängig von der Rückwärtsbewegung des Ankers, sofort wieder für eine neue Hemmung bereitzustellen.
Durch eine solche Anordnung wird der Zweck erreicht, die Massenträgheit des ruhenden Hemmwerkes mit einer verhältnismässig sehr geringen Amperewindungszahl rasch und sicher zu überwinden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
In Fig. i wurde angenommen, dass in Verbindung mit einem dreipoligen selbsttätigen Schalter und einer Minimalspannungsauslösung zwei einpolige, elektromagnetische Zeitrelais gemäss der Erfindung dazu dienen sollen, einen Niederspannungs-Dreiphasenmotovstromkreis durch Abschalten vom Netz vor schädlichen Überlastungen zu schützen. Fig. 2 zeigt in ihrer linken Hälfte den Erfindungsgegenstand teilweise in Vorderansicht, teilweise im Schnitt, in ihrer rechten Hälfte denselben gänzlich in Vorderansicht. Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 2. Fig. 4,5 und 6 zeigen Einzelheiten des., gezeichmten Ausführungsbeispieles, Fig 7 und 8 schematisch weitere. Anordnungen gemäss der Erfindung.
An einem Niederspannungs-Dreiphasenstromkreis ist ein nicht dargestellter Motor unter Vermittlung eines dreipoligen Schalters 2, der unter der Wirkung einer durch ein Klinkwerk 4 an der Ausübung ihrer Kraft verhinderten Feder 3 steht, angeschlossen. Eine
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Ausbleiben der Spannung das Klinkwerk mit ihrem Kern ausklinken, so dass die Feder den Schalter 2 öffnet. In dem Stromkreis der Spannungsspule J liegt eine für gewöhnlich auf dem am Netz angeschlossenen Kontakt ? * aufruhende Kontaktfeder 6. Das Öffnen dieses
Stromkreises kann durch Anheben eines Hebels 8 sowohl vom einen als auch vom andern der zwei direkt in den Hauptstromkreis eingeschalteten elektromagnetischen Zeitrelais: 9 und 10 geschehen.
Letztere sind in der Fig. 2 näher veranschaulicht, jedoch werden die Magnetwicklungen der Deutlichkeit halber weggelassen. Jede Magnetwicklung ist auf einer Spule 11 untergebracht, in welcher als Führung für einen Anker 12 ein dünnwandiges, der Länge nach aufgeschlitztes Messingrohr 73 sieh befindet. Der Anker 12 besteht aus einem aufgeschlitzten Weicheisenrohr mit einem Lappen 14 an seinem unteren Ende. Der Schlitz dient, wie sonst die Lamellierung, zum Unschädlichmachen der Wirbelströme, die in Metallteilen, welche von Wechselströmen umflossen werden, auftreten. Ein solcher Anker ist bei weitem billiger herstellbar, als ein aus einzelnen gestanzten, voneinander isolierten Blechen zusammengesetzter und bietet noch den Vorteil, dass man eine runde anstatt einer teueren viereckigen
Spule verwenden kann.
Für gewöhnlich ruht der Anker 12 auf einer Mutter 1J, welche dtr Höhe nach an einem Gewindebolzen 16 einstellbar ist, so dass damit der Hub des Ankers, je nachdem es der Betrieb erfordern sollte, für verschiedene Auslösestromstärken verändert werden kann.
Der obere Teil des Ankers 12 trägt einen Stift 17, welcher bei der Bewegung des Ankers in die Spule einen an einer Achse 19 befestigten Arm. M heben kann, welch letzterer hiebei die Achse 19 dreht. Mit dieser ist ein Hebel 20 (identisch mit Hebel 8, Fig. I) fest verbunden. Dreht sich die Achse 19, so hebt das isolierte Ende des Hebels 20 die schematisch gezeichnete Feder 6 vom Kontakt ?'ab (vergl. auch Fig I). Die Spulen der beiden Relais 9 und 10 sind nebeneinander an einem gemeinschaftlichen, bei 22 aufgeschlitzten Magnetjoch 27 angebracht.
Im obern Teil des Iagnetjoches befindet sich ein aufgeschlitzter Magnetpol 23 aus Weicheisen, welcher in die Spule 11 hineinragt und durch welchen der Stift 17 sich hindurchbewegen kann. Neben der Regulierschraube 15 ist eine Skala 24 vorgesehen, um das Einstellen der Auslösestromstärke zu erleichtern. Die linke Hälfte der Fig. 2 zeigt den Anker 1i beim untersten Teilstrich, die rechte Hälfte dagegen beim obersten Teilstrich des Regulierbereiches. Mit 2J ist eine Geradführung für den Anker 12 angedeutet.
Im Hubbereich des Lappens 14, jedoch höher als die Gradteilung 24, liegt in den Schl. tzen 2'1 zweier miteinander gekuppelter Scheiben 28 ein Stift 26. Dieser steht unter
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angebracht ist. Letztere sitzen fest auf einer Achse 30, an welcher das eine Ende einer Spiralfeder 31 (Fig. 5) befestigt ist, während deren anderes Ende mit einem Stein 32 starr verbunden ist. Dieser Stein ist mittels einer Schraube 33 einstellbar und kann hiemit die an einer Gradeinteilung 34 ablesbare Zeitdauer, nach welcher ein Abschalten dutch das Relais erfolgen soll, verändert werden. Mit der Achse 30 fest verbunden ist ausserdem ein Sperrad 35 (Fig. 6), durch welches unter Vermittlung einer federbeeinflussten Klinke 36 ein Rad 37 mitgenommen werden kann.
Letzteres ist das Triebrad eines Hemmwerkes,
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Die Wirkungsweise des geschilderten Relais ist nun die folgende : Entsteht infolge Störung in einer der drei Phasen oder zwischen zwei Aussenleitern ein Kurzschluss, so dass ein übermässig hoher Strom durch die Windungen einer der beiden Relaisspulen 9, 10 fliesst, so wird der betreffende Anker 12 so kräftig emporgezogen, dass der Lappen 14 an den Stift 26 anschlägt und diesen unter Überwindung der V-förmigen Feder 29 in den Schlitzen 27 nach oben bewegt. Die hiezu nötige Energie hat der Anker aufgespeichert, während er die Strecke der Gradeinteilung 24 völlig widerstandsfrei durchlief.
In der Endlage des Stiftes 26 ist durch den ankerstift 17 auch der Hebel 18 emporgehoben, die Achse 19 dementsprechend gedreht und der Hebel 20 ebenfalls angehoben worden, welch letzterer dabei den Kontakt zwischen 6 und 7 unterbrach. so dass die Spule 5. Fig. I. spannungslos wurde, ihren Kern fallen liess und so das Klinkwerk 4 auslöste, worauf die Feder 3 den dreipoligen Schalter 2 öffnete und dadurch der Motor samt den zugehörigen Hilfsapparaten vom Netz 7 abgeschaltet wurde.
Entsteht hingegen bloss eine Stromsteigerung, welche erst nach längerer Dauer schädlich werden müsste, ein sofortiges Abschalten des Motors also nicht erfordert, so wird der Anker 12 bei der durch die Mutter 73 gemäss der Skala 24 eingestellten Stromstärke zwar ebenfalls in die Spule 11 hineingezogen werden, aber den Regulierbereich der Gradeinteilung 24 bedeutend langsamer als im vorherigen Falle durchlaufen. Die Bewegung des Ankers 12 wird dann durch den an den Stift 26 anstossenden Lappen 14 aufgehalten, indem die Energie
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nicht ausreicht, die Kraft der V-förmigen Feder 29 zu überwinden, der Stift demnach als mit den beiden Scheiben 28 festgekuppelt zu betrachten ist.
Dauert die Überlastung an, so wird der Anker noch weiter in die Spule 11 gezogen, wobei der Lappen 14 mittels des
Stiftes 26 die beiden Scheiben 28 und mit ihnen die. Achse. ? dreht (in der Richtung des
Pfeiles der Fig. 4). Bei dieser Bewegung muss die Gegenkraft der Spiralfeder 31 überwunden und gleichzeitig unter Vermittlung des Sperrades 35, der Sperrklinke 36 und des Triebrades 37 das Hemmwerk mit Windflügel 38 angetrieben werden. Je nach der Grösse des Überstromes wird eine bestimmte Zeitdauer erforderlich sein, bis der Stift 17 den Hebel 18 so hoch hebt. dass der Kontakt zwischen 6 und 7 aufgehoben ist. Diese Zeitdauer kann durch Spannen der Feder 31, Fig. 5, mittels der Schraube 33 vergrössert werden.
An einer Skala 34 lassen sich die Werte für eine bestimmte Stromstärke (zweckmässig 2 bis 10 Sekunden für 100 v. H. Überlastung gegenüber dem normalen Betriebsstrom) bequem ablesen. Die Zeiteinstellung könnte auch durch Verstellen der Scheiben 28 gegen ihre Endlage zu erfolgen. Für andere Überlastungen ist die jeweilige Zeitdauer rechnerisch leicht zu ermitteln, da letztere gegenüber dem an der Skala 34 abgelesenen Werte annähernd in dem Masse grösser wird, als die betreffende Überlastung den zu Grunde gelegten z. B. 100 V. H. gegenüber kleiner ist. Es kann aber auch eine Tabelle hergestellt werden, aus welcher für die meist interessierenden prozentualen Überlastungen 20, 30, 40, 0 usw. die wirklichen Auslösezeiten ohne Rechnung direkt ablesbar sind.
Hört die Überlassung auf, bevor der Anker 12 seine Höchstlage erreicht hat, d. ha bevor noch 95 v. H. der Verzögerungszeit verstrichen sind, so fällt der Anker momentan in seine Ruhelage zurück. Dabei ist das Hemmwerk entkuppelt, indem das Sperrad 35 sich unter der Klinke 36 hindurchbewegt (entgegengesetzt zu der in Fig. 6 eingezeichneten Pfeilrichtung). Auch die Scheiben 28 kehren samt der Achse "30 infolge der sich zum Teil ent- spannenden Feder 31 in ihre Ruhelage, welche durch einen Anschlag 39 gegeben ist, zurück.
Mittels der Schraube 15 kann die Einstellung einer beliebigen Auslösestromstärke, welche z. B. zwischen dem eineinfünftel-bis dreifachen des normalen Betriebsstromes liegt, völlig gefahrlos vorgenommen werden. Bei entsprechender Wahl von Stromwandlern kann das Relais für jede Stromstärke und jede Betriebsspannung verwendet werden. Da der Anker einen völlig freien Hub ausführen kann. welcher die obere Reguliergrenze für die Aus ! öse- stromstärke übersteigt, so wird die Zeiteinstellung von der Einstellung des Ankers bzw. der Stromstärke nicht beeinflusst. Wie aus Fig. 2 hervorgeht. sind sowohl das Hemmwerk als auch die Kontaktvorrichtung seitlich. statt in der Verlängerung des Ankers angeordnet, zum Zwecke, die Bauhöhe des Apparates möglichst klein zu erhalten.
Das vorgeschriebene. zweipolige Zeitrelais eignet sich ausser für Drehstrom-und Zwei- phasen-Wechselstrom ohneweiters auch für Einphasen- Wechselstrom und Gleichstrom.
Trotzdem kein lamelliertes Eisenblech zur Anwendung kommt, sind die Magnetisierungs- verluste infolge der kleinen Amperewindungszahl. welche zum Antrieb des Hemmwerkes nötig ist. sehr gering. Besonders wenn, wie in Fig. 2 gezeichnet. das Einstellen der Aus- lösestromstärke vollständig unabhängig von der Zeiteinstellung erfolgen kann, braucht die Ampere- windungszahl nur wenig grösser zu sein, als bei einem ähnlich gebauten gewöhnlichen Maximal- stromrelais. Diesem. sowie den Schmelzsicherungen gegenüber hat das Maximalstrom-Zeitrelais jedoch den grossen Vorteil, dass es bedeutend empfindlicher eingestellt werden darf, somit die Bedingung, einen Stromkreis vor schädlichen Überlastungen zu schützen, ohne jedoch bei kurzen, unschädlichen Stromstössen ganz zwecklose Betriebsunterbrechungen herbeizuführen. viel besser erfüllt.
Durch entsprechende Dimensionierung der Federn 29 und 31 sowie durch Verwendung einer die Auslösezeit verlängernden Ankerhemmung o. dgl. an Stelle des Windflügel 38 hat man es in der Hand, auch Motoren mit abnormal hoher Anlaufsstromstärke vollständig zuverlässig schützen zu können.
Für solche Stromkreise, welche einzig bei Überlastung, beim Ausbleiben der Netzspannung dagegen nicht abgeschaltet werden sollen, tritt als Ersatz für die in Fig. I gezeichnete Ruhestrom-Auslösung 5 eine Arbeitsstrom-Auslösung. Hiebei erhält das Zeitrelais an Stelle des Offnungskontaktes 6 (Fig. i und 2) einen Schliessungskontakt, welcher bewirkt, dass die Auslösespule erregt wird und letztere die Verklinkung 4 des Schalters 2 löst. Statt eine elektrische Kontaktvorrichtung zu betätigen. kann das Zeitrelais auch eine geeignete
Klinkvorrichtung beeinflussen.
Das Zeitrelais gemäss der Erfindung kann auch mit Spannungswicklung versehen werden und aus der Ferne durch Vermittlung einer Regelungsvorrichtung, wie Strom-, Spannungs-, Leistungs-, Frequenz-, Druck-, Geschwindigkeits-, Wärmemesser o. dgl. als unabhängiges Zeitrelais betätigt werden, um nach Ablauf einer bestimmten, einstellbaren Zeit einen Betätigungsstromkreis bzw. eine geeignete Klinkvorrichtung zu beeinflussen. Sofern die Regelungsvorrichtung das Zeitrelais wieder stromlos macht, bevor dessen Auslösezeit ab-
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gelaufen ist. tällt der Anker, genau wie beim beschriebenen. vom Überstrom abhängigen Zeitrelais, augenblicklich in seine Ruhelage zurück. ohne den Betätigungsstromkreis bzw. das Klinkwerk irgendwie zu beeinflussen.
In diesem Falle ist die Skala 24 tür die Ein-
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verbunden wird.
Wenn ein automatischer Schalter oder eine Regulier- oder Signalvorrichtung nicht nur durch ein Zeitrelais, sondern auch noch durch ein anderes Relais betätigt werden soll, ist
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aus zwei einpoligen Zeitrelais 9, 10 und drei einpoliger Minimalstromrelais 40 für einen Niederspannungs-Dreiphasenmotorstromkreis schematisch dargestellt. Hiebei ist angenommen, dass der zwischen den Kontaktfedern 6 und 41 liegende Hebel 8 von den Zeitrelais 9, 10 nach oben, beim Stromloswerden einer Phase vom herabfallenden Eisenkern des Minimal- stromrelais 40 jedoch nach unten bewegt werden kann. In beiden Fällen wird der elektrische Kontakt zwischen 6 und 41 aufgehoben, die Spule J spannungslos und das Klinkwerk 4 gelöst.
Statt dass jeder Anker des Zeitrelais auf ein eigenes Hemmwerk einwirkt, können alle Anker ein einziges Hemmwerk gemeinschaftlich haben, wie dies in Fig. 8 schematisch angedeutet ist.
Auch sind noch andere Ausführung-arten möglich. So könnte z. B. der Anker 12 statt eine Spiralfeder-31. Fig-5, zu spannen, ein Gewicht heben oder auf andere Weise Kraft zum Rückwärtsbewegen der Scheiben 28 aufspeichern. Die Feder 29 braucht selbstverständlich nicht speziell V-förmig, sondern kann z. B. spiralförmig und rtgulierbar sein. Auch könnte der Anker statt einer geradlinigen Bewegung, unmittelbar eine Drehbewegung vollführen, sowie als Hemmwerk ein Lederbalg o. dgl. angewendet werden. Der Elektromagnet kann auch z. B. die für Wechselstrom beliebte Hufeisenform hanben. Ebenso kann die Kontaktvorrichtung andersartig gestaltet sein und z.
B. aus einem luftleeren, Quecksilber entha'tenden Gefäss bestehen, das unter der Einwirkung des Re'aisankers einen Betätigungsstromkreis öffnet oder schliesst ; auch können Hemmwerk und Kontaktvorrichtung unmittelbar ein Ganzes bilden.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Elektromagnetisches Zeitrelais. dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (12) eines die verzögerte Betätigung einer Kontakt- oder Kliokvorrichtung bewirkenden Elektromagneten unter dem Einfluss des ihn erregenden, elektrischen Stsmes zunächst einen Teil seines Hubss ungehindert und lose durchlaufen kann und dann erst ein Hemmwerk rein mechanisch derart in Gang setzt, dass dabei eine von besonderen, entsprechend der Auslösezeit einstellbaren Organen ausgeübte Gegenkraft überwunden wird, welche Organe in Veibindung mit einer Entkupplungsvorrichtung hernach ausreichen, um das Hemmwerk in an sich bekannter We se, j (doch
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Hemmung bereit zu stellen.