DE1095927B - Bimetallrelais mit erhoehter Ansprechempfindlichkeit - Google Patents

Bimetallrelais mit erhoehter Ansprechempfindlichkeit

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DE1095927B
DE1095927B DEB54453A DEB0054453A DE1095927B DE 1095927 B DE1095927 B DE 1095927B DE B54453 A DEB54453 A DE B54453A DE B0054453 A DEB0054453 A DE B0054453A DE 1095927 B DE1095927 B DE 1095927B
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DE
Germany
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relay
bimetal
voltage
current
bimetal relay
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DEB54453A
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Inventor
Karlheinz Frisch
Leo Steinke
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16504Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the components employed
    • G01R19/16509Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the components employed using electromagnetic relays, e.g. reed relay

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

  • Bimetallrelais mit erhöhter Ansprechempfindlichkeit Die Erfindung bezieht sich auf ein Bimetallrelais, dem zur Erhöhung seiner Ansprechempfindlichkeit ein nichtlinearer Widerstand vorgeschaltet ist. Bei bekannten Relais dieserArt sind im Versorgungsstromkreis Stromleiter vorgesehen, die sich mit zunehmendem Strom erwärmen und dann einen niedrigeren e]ektrischen Widerstand haben als bei niedrigeren Temperaturen. Für diese Anwendungsfälle ist jedoch die Erzeugung einer zusätzlichen Wärme durch Vorwiderstände u. dgl. unerwünscht.
  • Es wird deshalb zur Vermeidung dieser Nachteile vorgeschlagen, als nichtlinearen Widerstand in den Heizstrom des Bimetallrelais eine Halbleiterdiode einzuschalten und dabei von der an sich bekannten Eigenschaft der Halbleitergleichrichter Gebrauch zu machen, die darin besteht, daß diese nur einen sehr geringen Strom führen, solange die an ihren Elektroden wirksame Spannung kleiner als etwa 0,5 V ist, dagegen beim Überschreiten dieser Spannungswerte einen stark erhöhten Strom zu führen vermögen. Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, als nichtlinearen Widerstand eine in Sperrichtung gepolte Zenerdiode vorzusehen.
  • Soll mit dem Bimetallrelais der Spannungsabfall an einem Gleichstromverbraucher oder die Klemmenspannung einer GleichspannungsqueUe überwacht werden, so ist der nichtlineare Halbleiterwiderstand in Serie mit dem Bimetal]relais zu schalten.
  • Soll die Schaltzeit des Bimetallrelais bei geringen Überspannungen verkürzt werden, so ist ein Halbleiterwiderstand zu wählen, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit von der Spannung nach einer Exponentialfunktion mit einem Exponenten > 1 ändert.
  • Derartige Kennlinien weisen beispielsweise Germanium-oder Siliziumgleichrichter auf, die einen p-n-Übergang enthalten.
  • Der Erfindungsgedanke läßt sich aber auch bei einem Bimetallrelais anwenden, das den Stromfluß durch einen Verbraucher überwachen soll. In diesem Fall wird die Heizwicklung des Bimetalirelais in den Verbraucherstromkreis eingeschle-ft. Um den Erfindungsgedanken zu verwirklichen, ist dann der nichtlineare Haibleiterwiderstand parallel zur Heizwicklung zu schalten.
  • Soll bei einem derartigen Überstromschutzrelais die Schaltzeit verkürzt werden, so ist ein Haibleiterwiderstand zu wählen, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit vom Strom nach einer Exponentialfunktion mit einem Exponenten < 1 ändert.
  • In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 das Schaltbild eines mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung überwachten elektrischen Andrehmotors fflr eine Brennkraftmaschine, Fig. 2 Ansprechkurven eines Bimetallrelais, Fig. 3 und 4 Widerstandskennlinien von Halbleitertterständen für das Beispiel nach Fig. 1, Fig. 5 als zweites Beispiel das Schaltbild eines Überstromschutzrelais, Fig. 6 Widerstandskennlinie eines Halbleiterwiderstandes für das Beispiel nach Fig. 5.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung dient zum Ingangsetzen einer in der Zeichnung nicht dargestellten Dieselbrennkraftmaschine, die durch einen elektrischen Andrehmotor angeworfen werden kann, indem dieser zunächst die Maschine bei ausgeschalteter Verdichtung hochdreht, bis das Maschinenschwungrad so viel Energie aufgenommen hat, daß es nach dem Umschalten der Maschine auf Verdichtung diese anzuwerfen vermag.
  • Wird dagegen der Andrehmotor bei eingeschalteter Verdichtung betätigt, so ist er nicht in der Lage, die Maschine durchzudrehen. Es besteht also die Gefahr, daß der Strom in der Feldwicklung des Anlaßmotors auf Werte ansteigt, bei denen diese Wicklung leidet. Dies soll verhindert werden.
  • Die Andreheinrichtung nach Fig. t enthält außer einem Sammler 10 einen als Hauptstrommotor ausgebildeten Andrehmotor mit einem umlaufenden Anker 13 und einer Feldwicklung 12, die mit den Arbeitskontakten an1 eines Anlasserschützen AN in Reihe geschaltet ist. Zur Überwachung des Betriebszustandes des Andrehmotors ist außerdem eine Einrichtung vorgesehen, die ein Bimetallrelais B, einen Halbleitergleichrichter 21 und ein Abwurfrelais AB umfaßt.
  • Der Sammler 10 ist mit seinem Minuspol an Masse angeschlossen, sein Pluspol liegt am Schaltarm der Arbeitskontakte anl des Anlasserschützes AN. Über eine Leitung 14, die eine der beiden Bürsten des Ankers 13 mit Masse verbindet, ist auch je eines der beiden Wicklungsenden des Anlasserschützes AN und des Abwurfrelais AB mit dem Minuspol des Sammlers 10 verbunden.
  • Das andere Wicklungsende des Anlasserschützes AN liegt an dem Ruhekontakt 15 eines Umschalters abl des Abwurfrelais AB. Der Schaltarm des Umschalters ab1 kann über einen Druckknopfschalter 17 und eine Leitung 11 mit dem Pluspol der Batterie 10 verbunden werden, während an dem Arbeitskontakt 16 des Umschalters ab1 das zweite Wicklungsende des Abwurfrelais AB angeschlossen ist. Von dort führt eine Leitung 18 zu dem auf einem Bimetallstreifen 19 sitzenden Arbeitskontakt b eines Bimetallrelais B, dessen Gegenkontakt an dem Schaltarm des Umschalters ab1 angeschlossen ist. Die Heizwicklung 20 des Bimetallrelais B ist in Reihe mit einem in Durchlaßrichtung gepolten Halbleitergleichrichter 21 parallel zur Feldwicklung 12 geschaltet.
  • Wird der Druckknopfschalter 17 geschlossen, so zieht das Anlasserschütz AN an und schließt den Arbeitskontakt anl. Dann kann aus der Batterie 10 Strom durch die Feldwicklung 12 und den Anker 13 des Anlaßmotors fließen. Sofern die Brennkraftmaschine nicht zu viel Widerstand bietet, vermag sie der Andrehmotor hochzudrehen. Durch die Feldwicklung 13 fließt in diesem Fall ein Normalstrom Jn, der an ihr einen Spannungsabfall Un hervorruft.
  • Setzt dagegen, z. B. bei eingeschalteter Verdichtung, die Brennkraftmaschine dem Andrehmotor zu viel Widerstand entgegen, so erreicht der den Andrehmotor durchfließende Strom eine Höhe, die weit über dem Wert seines Normalstromes Jn liegt. Hierdurch wird ein entsprechend hoher Spannungsabfall an der Feldwicklung 13 hervorgerufen. Dieser Spannungsabfall dient als Betriebsspannung U für die Serienschaltung aus der Diode 21 und der Heizwicklung 20 des Bimetallrelais B. Überschreitet die Betriebsspannung U den Wert Un, so wird der Arbeitskontakt b des Bimetallrelais B nach einer von der Höhe der Überspannung U-Un abhängigen Zeit geschlossen. Dadurch wird das Abwurfrelais AB erregt.
  • Der Schaltarm des Umschalters abl wird infolgedessen von seinem Ruhekontakt 15 abgehoben und unterbricht den zum Anlasserschütz AN fließenden Strom. Sobald er mit seinem Arbeitskontakt 16 in Berührung kommt, kann sich das Abwurfrelais A B selbst halten, solange der Druckknopfschalter 17 geschlossen bleibt. Beim Abfall des Anlasserschützes AN öffnet der Arbeitskontakt anl und unterbricht die Verbindung zwischen der Batterie 10 und dem zu überwachenden Motor.
  • Im folgenden ist der Einfluß des Halbleitergleichrichters auf die Schaltzeit des Bimetallrelais näher erläutern.
  • Die Abhängigkeit der Schaltzeit t eines Bimetallrelais von der Höhe der Betriebsspannung U wird durch die Gleichung tut = T U (1) t --r Ü21 wiedergegeben, wobei Ü = U ist und U0 denjenigen Uo Mindestwert der Betriebsspannung angibt, bei dem das Relais anzusprechen beginnt. t bedeutet diejenige kürzeste Schaltzeit, die das Relais zum Schließen des Arbeitskontaktes benötigen würde, wenn eine unendlich hohe Spannung an der Heizwicklung des Relais läge.
  • Die Gleichung (1) ist in Fig. 2 als Kurve 22 dargestellt.
  • Der in Reihe mit der Heizwicklung geschaltete Halbleitergleichrichter 21 hat im Durchlaßbereich einen Widerstand, der mit zunehmender Spannung kleiner wird, wie seine quadratische, in Fig. 3 angedeutete Strom-Spannungs-Kennlinie zeigt. Mit dieser Kennlinie ergibt die Ansprechkurve 23 in Fig. 2 für die Reihenschaltung aus Gleichrichter und Relais. Aus dieser Ansprechkurve läßt sich ersehen, daß für eine bestimmte Schaltzeit das Verhältnis der erforderlichen Betriebs- spannung zu dem Mindestwert U0 der Betriebsspannung, bei dem das Relais anspricht, kleiner geworden ist als bei einem Relais ohne vorgeschalteten Gleichrichter.
  • Schaltet man an Stelle des Halbleitergleichrichters 21 nach Fig. 1 eine Zenerdiode, die in Sperrichtung gepolt ist, in Reihe mit der Heizwicklung des Bimetallrelais, so ergibt sich die Ansprechkurve 24 in Fig.2. Die Strom-Spannungs-Kennlinie der Zenerdiode ist in Fig. 4 dargestellt. Sie zeigt, daß die Zenerdiode praktisch erst dann leitend wird, wenn die an ihr anliegende Spannung einen bestimmten Wert, nämlich die Zenerspannung, überschreitet, und daß bei weiterer Steigerung des sie durchfließenden Stromes der Spannungsabfall an ihr konstant bleibt.
  • Der Ansprechkurve 24 liegt eine Zenerdiode zugrunde, deren Zenerspannung so groß ist wie die Mindestspannung, die direkt über der Heizwicklung des Bimetallrelais abfallen muß, damit das Relais gerade anspricht. Die Ansprechkurve 24 in Fig. 2 zeigt, daß für eine bestimmte Schaltzeit die Überspannung im Verhältnis zum Mindestwert U0 der Betriebsspannung an der Reihenschaltung, bei dem das Relais gerade anspricht, nur mehr halb so groß ist wie bei dem Relais ohne vorgeschalteten Halbleiterwiderstand.
  • Die stärkere Krümmung der Ansprechkurve eines Bimetallrelais durch das Vorschalten eines Halbleiterwiderstandes, d. h. also kürzere Schaltzeiten bei dem gleichen Verhältnis von Überspannung zum Mindestwert U0 der Betriebsspannung, bei dem das Relais gerade anspricht, wird dadurch erreicht, daß mit wachsender Betriebsspannung ein immer geringerer Anteil davon an dem Halbleiterwiderstand abfällt.
  • Während das Bimetallrelais nach Fig. 1 den Strom durch die Feldspule des Gleichstrommotors auf Grund des Spannungsabfalls an der Feldspule überwacht und somit spannungsabhängig ist, zeigt Fig. 5 eine stromabhängige Einrichtung, in der der einem Verbraucher 25 zugeführte Strom auch die Heizwicklung des Bimetallrelais durchfließt.
  • Soweit die Einrichtung nach Fig. 5 gleiche oder gleichwirkende Teile wie die Einrichtung nach Fig. 1 enthält, sind diese mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der dem Verbraucher 25 zufließende Strom ist in dieser Schaltung über die Leitung 11, den Arbeitskontakt anl, die Parallelschaltung aus Heizwicklung 20 des Bimetallrelais B und Transistornetzwerk 26 geführt und kehrt vom Verbraucher 25 über die Leitung 14 zur Batterie 10 zurück. Die übrige Schaltung entspricht in ihren Einzelheiten und ihrer Funktion der Schaltung in Fig. 1.
  • Die Abhängigkeit der Schaltzeit t des Bimetallrelais von dem durchfließenden Strom folgt derselben Gleichung (1) wie die Abhängigkeit der Schaltzeit t von der anliegenden Spannung, da ja U - JR J -Ü Uo Jo R Jo ist, wobei R der Widerstand der Heizwicklung ist, d. h. aber, daß die Kurve 22 in Fig. 2 auch die Stromabhängigkeit der Schaltzeit darstellt, wenn auf der Abszisse das Stromverhältnis J an Stelle des Spannungsverhält-Jo U nisses U aufgetragen wird.
  • Während bei dem spannungsabhängigen Bimetallrelais nach Fig. 1 eine steilerer Abfall der Ansprechkurve dadurch bewirkt wird, daß mit wachsender Spannung ein immer geringerer Anteil der Betriebsspannung an der vorgeschalteten Diode abfällt, ist beim stromabhängigen Bimetallrelais nach Fig. 5 ein steiler Abfall der Ansprechkurve dadurch erreicht, daß der Heizwicklung 20 ein Widerstand parallel geschaltet ist, der mit wachsendem Strom einen immer geringeren Anteil des Betriebsstromes übernimmt. Diese Aufgabe erfüllt das bei 26 angedeutete Transistornetzwerk. Es enthält einen p-n-p-Transistor 27, der mit einem Emitterwiderstand 28 und einem Kollektorwiderstand 29 in Reihe geschaltet ist. Die Basis des Transistors liegt an dem Abgriff eines Spannungsteilers, der aus einer in Durchlaßrichtung gepolten Germaniumdiode 30 und einem Widerstand 31 gebildet wird und parallel zur Reihenschaltung aus Emitterwiderstand, Transistor und Kollektorwiderstand liegt. Solange nur ein geringer Strom über das Transistornetzwerk fließt, ist der Spannungsabfall an der Diode 30 größer als am Emitterwiderstand 28, d. h., die Basis ist gegenüber dem Emitter negativ vorgespannt. Der Transistor ist also voll stromleitend. Mit wachsendem Strom nimmt der Spannungsabfall am Emitterwiderstand zu, während er an der Diode ungefähr konstant bleibt. Dadurch nimmt die Vorspannung der Basis ab, und der Transistor wird immer mehr gesperrt. Das Transistornetzwerk hat daher die in Fig. 6 dargestellte Kennlinie.
  • Durch die Wahl einer geeigneten Diode und eines geeigneten Emitterwiderstandes kann man in gewissen Grenzen ein Transistornetzwerk mit einer gewünschten Kennlinie aufbauen und dadurch eine bestimmte stärkere Krümmung der Ansprechkurve des Bimetallrelais erreichen.
  • PATENTANSPROCHE: 1. Einrichtung zur Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit eines Bimetallrelais mit einem dem Relais vorgeschalteten nichtlinearen Widerstand, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtlinearer Widerstand in den Heizstromkreis des Bimetallrelais eine Halbleiterdiode eingeschaltet ist.

Claims (1)

  1. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode eine in Sperrichtung gepolte Zenerdiode ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 837 726; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 053 641; französische Patentschrift Nr. 1 093 608; französische Zusatzpatentschrift Nr. 45 597 (Add. 1 zur französischen Patentschrift Nr. 760 728).
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR45597E (fr) * 1932-11-30 1935-10-17 Bresson & Cie Relais thermique à action compensée
DE837726C (de) * 1950-01-20 1952-05-02 Stotz Kontakt Gmbh Einrichtung zur Beeinflussung der Ausloesecharakteristik von thermischen Ausloesern fuer Selbstschalter
FR1093608A (fr) * 1953-11-10 1955-05-06 Dispositif de protection pour appareils électriques
DE1053641B (de) * 1954-11-26 1959-03-26 Hans Widmaier Elektrischer Thermoausloeser

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