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Bimetall-Überstromrelais Die Erfindung bezieht sich auf ein Bimetall-Überstromrelais,
und es wird von einem Relais ausgegangen, bei dem die Bimetallstreifen der einzelnen
Phasen auf ein federndes Organ einwirken und dieses federnde Organ auf einen bestimmten
Schwenkbereich fest eingestellt ist und die Kontaktbetätigung auslöst, mit einer
Verriegelungsvorrichtung, die doppelseitig wirkt und einerseits das federnde Organ
zur Kontaktauslösung freigibt, wenn ein unzulässig hoher Strom fließt und sich die
Bimetallstreifen entsprechend weit gebogen haben und andererseits die Wiedereinschaltung
des Kontaktes unter Rückkehr des federnden Organs in die Ruhestellung erst nach
fast vollständiger Abkühlung der Bimetallstreifen möglich macht.
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In praktischer Ausführung wird bei diesem bekannten Relais ein Schieber
infolge Erwärmung der Bimetallstreifen zusammen mit dem Fußpunkt einer quer angreifenden
Feder verschoben. Dabei wird eine Nase des Schiebers unter einem Vorsprung eines
Winkelhebels hinweggeführt, bis der Fußpunkt der Feder über den Drehpunkt des Winkelhebels
hinweggeschritten ist, so daß die Feder den am äußeren Ende angreifenden Winkelhebel
umschwenkt und den Kontakt des Steuerstromkreises auslöst. Bei diesem bekannten
Relais ist von Nachteil, daß nur ein Öffnungskontakt vorgesehen werden kann, der
bei Auslenkung der ßimetallstreifen über die soeben beschriebene Verriegelungsvorrichtung
betätigt wird. Durch Verwendung der Totpunktfeder ergibt sich ferner, daß die Auslösung
sehr unbestimmt ist und außerdem weitgehend von der Güte der Feder abhängig ist,
deren Charakteristik sich im Laufe der Zeit leicht ändern kann.
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Es sind auch bereits weitere überstromrelais bekannt, bei welchen
der im Steuerkreis liegende bewegliche Kontakt durch Bimetallauslöser, die im Verbraucherkreis
eingeschaltet sind, betätigt wird. Bei derartigen Relais biegt sich bei unzulässig
hohem Strom infolge der hierbei hervorgerufenen Erwärmung der Bimetallauslöser aus
seiner Grundstellung aus und öffnet oder schließt den betreffenden Kontakt. Sobald
der Stromkreis unterbrochen ist, kühlt sich das Bimetallelement ab und kehrt in
seine Grundstellung zurück. DieRückführung desBimetallauslösers erfolgt verhältnismäßig
rasch, so daß eine überbeanspruchung der Bimetallauslöser die Folge ist. Das Wiedereinschalten
der Kontakte ist nämlich bei dieser bekannten Ausgestaltung des Relais bereits dann
möglich, wenn das Bimetallelement sich ein klein wenig nach der ursprünglichen Stellung
hin zurückbewegt hat.
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Es sind auch noch weitere Konstruktionen von Überstromrelais mit Totpunktfedern
bekanntgeworden, welche jedoch als einfache Schnappschalter mit doppelseitigen Kontakten
ausgebildet sind. Es sind hierbei jedoch keine Festkontakte und auch keine Verriegelungsvorrichtungen
im Sinne der nachfolgend im einzelnen erläuterten Erfindung vorgesehen.
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Weiterhin ist auch bereits eine Bimetallauslösevorrichtung für elektrische
Schalter bekanntgeworden, bei deren Konstruktion die Aufgabe zugrunde gelegen hat,
die Möglichkeit von Betriebsstörungen durch Fehlauslösungen, die durch mechanische
Erschütterungen entstehen können, zu verringern. Zu diesem Zweck wirken die Bimetallstreifen
auf eine gemeinsame Stange ein, und diese drückt wiederum, entsprechend der Krümmung
der Bimetallstreifen, auf ein Zwischenorgan. Dieses Zwischenorgan wird von einer
Klinke sowie einer Gegenfeder so lange in der kontaktschließenden Stellung gehalten,
bis eine bestimmte Biegespannung der Bimetallstreifen erreicht ist. Bei Überstrom
gleitet das eine Ende des Organs über die Kante der Klinke und gibt diese sodann
frei. Das Zurückschalten geschieht auf dieser bekannten Vorrichtung nicht selbsttätig,
sondern muß von Hand erfolgen, so daß das Problem, daß die Wiedereinschaltung selbsttätig
nach vollständiger oder zumindest nahezu vollständiger Abkühlung der Bimetallstreifen
erfolgt, überhaupt nicht in Erscheinung treten kann.
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Schließlich ist noch ein Bimetallrelais bekanntgeworden, bei welchem
Bimetallstreifen unter überstrom gegen eine Schiene drücken und diese gegen die
Kraft einer Feder nach der Verriegelungsvorrichtung für einen Steuerkontakt hin
verschieben, so daß dieser nach Lösen der Verriegelungsvorrichtung unter Wirkung
einer Feder öffnet. Eine einfache Einstellmöglichkeit auf verschiedene Stromstärken
sowie ein
Doppelkontakt sind hier nicht vorgesehen und auch infolge
des Gesamtaufbaues praktisch nicht zu verwirklichen.
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Im übrigen sei erwähnt, daß an sich bereits die verschiedenartigsten
Einrichtungen zur Kompensation der Raumtemperatur bekannt sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben geschilderten Nachteile
der bekannten Relais zu beheben und ein Relais zu schaffen, das erst dann den Rückschaltvorgang
selbsttätig ausführt, wenn eine Abkühlung des Bimetallauslösers annähernd auf Ursprungstemperatur
erfolgt ist.
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Die Aufgabe wird bei einem anfangsgeschilderten Relais erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß das federnde Organ in Form einer an sich bekannten Blattfeder
an einer senkrecht zu der Längsrichtung der Blattfeder angeordneten Schwenkachse
als zweiarmiger Hebel schwenkbar gehalten ist und daß die Blattfeder mit dem einen
freien Ende an ein verschiebbares Zwischenorgan anlehnt und mit dem anderen Ende
mit der Verriegelungsvorrichtung zusammenwirkt. Auf diese Weise ergeben sich mehrere
sehr wesentliche Vorteile. Es ist sowohl die Anordnung von CSffnungs- als auch von
Schließkontakten im Steuerstromkreis möglich, wobei beide Kontakte schlagartig betätigt
werden können. Ferner ist eine einfache Einstellmöglichkeit auf verschiedene Stromstärken
gegeben, ohne daß irgendeine Änderung an der doppelseitigen Verriegelungsvorrichtung
vorgenommen werden müßte. Schließlich wird mit der Möglichkeit zur Raumkompensation,
durch Zwischenschalten eines zweiten Bimetallstreifens; eine große Sicherheit der
Auslösung sowie eine einfache und übersichtliche Gesamtkonstruktion erreicht.
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Die Erfindung ist im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung noch im
einzelnen erläutert.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer
Darstellung wiedergegeben, und zwar zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Relais,
dessen bewegliche Teile sich in Ruhestellung befinden, Fig. 2 ein Relais gemäß Fig.
1, jedoch in der Stellung kurz vor Auslösung des Schaltvorganges, Fig. 3 ein Relais
gemäß Fig. 1, jedoch in ausgelöstem Zustand, und Fig. 4 das gleiche Relais mit Schaltstellung
kurz vor Rückkehr der beweglichen Teile in die Ursprungsstellung.
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Das Relais gemäß Fig. 1 besitzt ein flaches rechteckiges Gehäuse 1
mit einer geschlossenen Bodenfläche und nach oben hin offenen kammerartigen Ausnehmungen.
Das Relais kann auf der Oberseite von einem Deckel abgeschlossen sein. Zur Verdeutlichung
ist in Fig. 1 ein derartiger Deckel abgenommen. An zwei gegenüberliegenden Längsseiten
des Gehäuses sind Anschlußklemmen 2 bis 4 einerseits und 5 bis 7 andererseits für
den Anschluß der einzelnen Phasen des Verbraucherstromkreises vorgesehen. Das zwischen
den Klemmen liegende Teil des Gehäuses ist in drei Einzelkammern 48, 49 und
50 unterteilt, die voneinander durch Zwischenwände abgetrennt sind. Innerhalb
jeder Kammer sind Bimetallstreifen 8, 9 und 10 untergebracht. Die Bimetall'streifen
sind an ihrem einen Ende, und zwar in der Nähe der Anschlußklemmen 2 bis 4, in dem
Gehäuse fest eingespannt, während ,ihr anderes Ende, mit je einer Bohrung versehen,
auf einer Hülse 14 aufgeschoben und an Ringen 11,12 und 13 angelehnt ist. Die Ringe
11 bis 13 sind in Längsrichtung der Hülse 14 auf dieser verstellbar angeordnet,
um eine Justiermöglichkeit und richtige Einstellung des Relais zu gewährleisten.
Die Enden der Bimetallstreifen 8 bis 10 können auch, statt mit einer Bohrung versehen,
hebelförmig ausgebildet sein oder aber sich einfach mit ihrer stirnseitigen Kante
an die Ringe 11 bis 13 anlegen. Von- den Enden der Bimetallstreifen gehen elektrische
Verbindungsleitungen 17, 18 und 19 zu den Anschlußklemmen 5 bis 7. Die Hülse 14
wird mittels eines fest auf ihr angeordneten Führungsstückes in dem Gehäuse längsverschiebbar
gehalten. In der Hülse befindet sich ein in Längsrichtung verstellbarer, zweckmäßig
mit einem Gewinde versehener Bolzen, dessen äußeres Ende mit einer stiftartigen
Verlängerung 20 ausgestattet ist. Der Bolzen kann von außen her beispielsweise mittels
eines Schraubenziehers gegenüber der Hülse 14 in Längsrichtung verstellt, d. h.
mehr oder weniger aus ihr herausgeschraubt oder eingezogen werden. Zweckmäßigerweise
ist das aus dem Gehäuse nach außen herausragende Ende der Hülse 14 als Druckknopf
ausgestaltet, so daß eine Handbetätigung und eine Auslösung des nachfolgend beschriebenen
Kontaktes möglich ist. Gleichzeitig wird die Hülse 14 als Einstellknopf für verschiedene
Nennstromstärken verwendet.
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Gegen die Stirnseite der stiftartigen Verlegung legt sich ein weiterer
Bimetallstreifen mit dem Schenkel 21 und 22 an, der mittels einer Feder 23 in der
in Fig. 1 eingezeichneten Ruhestellung gehalten wird. Der Bimetallstreifen 21, 22
ist derart eingesetzt und ausgebildet, daß er die Temperatureinflüsse der Raumtemperatur
auf die Bimetallstreifen 8 bis 10 kompensiert. Der Schenkel 22 ,ist an einer Blattfeder
24 befestigt, die ihrerseits mit Hilfe einer Schelle 25 auf einer Achse 26 schwenkbar
gelagert ist. Diese Einrichtung ist so getroffen, daß ein für allemal ein bestimmter
Schwenkbereich für die Blattfeder in bezug auf die nachfolgend beschriebene Verriegelungsvorrichtung
eingehalten wird. In der Nähe des äußeren Endes der Blattfeder 24 ist ein Hammer
27 in Form eines einfachen, massiven Metallstückes befestigt.
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Die Endkante der Blattfeder 24 legt sich gegen eine Nase 28 des unteren
Bauelementes 30 an. Das Bauelement 30 ist auf einer vertikalen, im Boden des Gehäuses
befestigten Schwenkachse 29 gehalten. An dem in Fig. 1 eingezeichneten schmalen
Fortsatz dieses Bauteiles ist eine weitere Nase 31 vorgesehen. Oberhalb des beschriebenen
Bauteiles 30, und zwar auf der gleichen Schwenkachse 29, ist ein weiteres Bauteil
46 ebenfalls schwenkfähig gelagert, welches eine vordere Nase 51 besitzt. Beide
Bauteile werden durch zwei einzelne übereinanderliegende Schraubenfedern 32 in die
in Fig. 1 eingezeichnete Stellung gedrückt.
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Der Fortsatz des Bauteiles 30 mit der Nase 31 arbeitet mit einem einarmigen
Hebel 33 zusammen, welcher in der Nähe seines freien Endes eine Ausnehmung 52 aufweist,
durch die der Fortsatz des Bauteiles 30 hindurchragt. Im mittleren Bereich sind
beiderseitig des Hebels 33 bewegliche Kontakte 34 und 35 angesetzt. Der Hebel ist
an dem von der Ausnehmung 52 anlehnenden Ende auf einer Schwenkachse 47 gehalten.
Mit Hilfe einer Feder 45, welche auf der einen Seite an einem Anschlag 44 anliegt,
wird der Hebel 33 mitsamt den Kontakten 34, 35 in die in Fig. 1 eingezeichnete Stellung
gedrückt. Der Anschlag 44 besteht aus Metall und steht über einem Metallstreifen
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in elektrischer Verbindung mit einer Anschlußklemme 42 des Steuerstromkreises.
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Je nach Schaltstellung des Hebels 33 liegen die beweglichen Kontakte
34, 35 entweder an dem feststehenden Kontakt 36 oder dem ebenfalls feststehenden
Kontakt 38 an. Der Kontakt 36 ist über eine Metallschiene 37 mit der Anschlußklemme
41, der Kontakt 38 hingegen über eine Metallschiene 39 mit der weiteren Klemme
40 verbunden. Die Klemmen 40 und 41 sind als Gegenklemmen zu der Anschlußklemme
42 in den Stromkreis eingeschaltet.
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In Fig. 2 bis 4 sind für die gleichen Teile dieselben Bezugszeichen
wie in Fig. 1 verwendet worden, da in den Fig. 2 bis 4 das gleiche Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Relais, jedoch in verschiedenen Schaltstellungen, dargestellt
sind.
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An Hand der Zeichnung soll nachfolgend die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen
Relais beschrieben werden.
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Die einzelnen beweglichen Teile befinden sich bei Ruhestellung in
der Lage, die in Fig. 1 eingezeichnet ist. Das Zwischenorgan 11 bis 15, 20 wird
für einen bestimmten gewünschten Auslösestrom eingestellt, was ohne weiteres durch
Verschrauben der Ringe 11 bis 13 bzw. des Bolzens 15 gegenüber der Hülse 14 möglich
ist. Die vom Verbraucherstrom durchflossenen Bimetallstreifen werden nun ständig
etwas erwärmt, so daß sie versuchen, das Zwischenorgan gegen den Bimetallstreifen
21, 22 zu drücken. Sobald die Erwärmung infolge wachsender Stromstärke ein bestimmtes
einstellbares Maß überschreitet, biegen sich die Bimetallstreifen derart stark durch
und üben auf die Ringe 11 bis 13 eine so große Kraftwirkung aus, daß der Bimetallstreifen
21, 22 sowie die Blattfeder 24 entgegen der Wirkung der Feder 23 in die in Fig.
2 eingezeichnete Stellung gebracht wird. In diesem Augenblick rutscht die äußere
freie Kante der Blattfeder 24 von der Nase 51 des Bauteiles 46 ab und nimmt die
Stellung gemäß Fig. 3 ein. Dabei trägt der Hammer 27 wesentlich zur besseren Speicherung
der Spannenergie bei. Er schlägt im Moment des Auslösens auf den Hebel
33 auf, so daß dieser mit der Achse 47 verschwenkt, der Kontakt 35, 36 unterbrochen,
dadurch z. B. ein Schütz abgeschaltet, der Kontakt 34, 38 hingegen geschlossen und
damit ein entsprechender Steuerstromkreis eingeschaltet wird. Das Bauteil
30 führt eine kleine Schwenkbewegung aus, verursacht durch die Wirkung der
Schraubenfeder 32, und zwar in dem Augenblick, in dem die Blattfeder sich von der
Nase 28 abhebt. Durch die Schwenkbewegung kommt die Nase 31 an den Hebel 33 zum
Eingriff.
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Wenn sich nun die Bimetallstreifen 8 bis 10 infolge der Steuerwirkung
wieder abkühlen, so wird der Hebel 33 durch die Nase 31 zunächst einmal in der in
Fig. 3 bzw. Fig. 4 eingezeichneten Stellung festgehalten. Während des Abkühlens
kann unter Wirkung der Feder 23 der Bimetallstreifen 21, 22 sowie die Blattfeder
24 langsam zurückschwenken, bis sie in die Ursprungslage (Fig. 1) zurückgekehrt
ist, die der Normaltemperatur des Bimetallauslösers entspricht. In diesem Augenblick
drückt die äußere Kante der Blattfeder 24 gegen die Nase 28 des unteren Bauteiles
30, übt entgegen der Federkraft 32 eine kleine Schwenkbewegung des Bauteiles 30
aus, so daß die Nase 31 außer Eingriff gerät und der Hebel 33 unter Wirkung der
Feder 45 in die Ausgangslage zurückschnellt. Damit wird der ursprüngliche Schaltzustand
wieder erreicht. Wie am Anfang angedeutet, ergibt sich durch die oben beschriebene
Konstruktion der Vorteil, daß das Wiedereinschalten erst dann erfolgt, wenn der
Bimetallauslöser auf die Ursprungstemperatur, d. h. im allgemeinen auf Raumtemperatur
abgekühlt ist. Das oben beschriebene erfindungsgemäße Relais ermöglicht eine denkbar
einfache Bedienung und weist im Betrieb ein stabiles Verhalten auf, wobei dennoch
die Empfindlichkeit auf das gewünschte Maß einjustiert werden kann.