DE1173991B - Thermisches Relais, z. B. UEberstromrelais oder -ausloeser - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIh

Deutsche Kl.: 21g-4/04

Nummer: 1173 991

Aktenzeichen: A 38325 VIIIc /21g

Anmeldetag: 13. September 1961

Auslegetag: 16. Juli 1964

Thermische Relais oder Schalter, z. B. thermische Überstromrelais oder -auslöser, werden meist als strombeheizte Bimetallrelais ausgeführt. Unter der Wirkung der Stromwärme biegen sich die Bimetallstreifen aus und wirken auf einen Schalter oder einen Auslösemechanismus ein. Um bei solchen thermischen Überstromrelais einen bestimmten Auslenkweg und eine genügende Stellkraft zu erzielen, sind recht hohe Stromstärken zu ihrer Beheizung erforderlich.

Wird ein Relais benötigt, das bei kleinen Stromstärken ansprechen soll, so wäre es erforderlich, unter der Voraussetzung einer erforderlichen Ausbiegung den Querschnitt des Bimetallstreifens weitgehend herabzusetzen. Dann würde aber der Bimetallstreifen nicht die genügende Kraft aufbringen, um einen Auslösemechanismus zur Wirkung zu bringen oder einen Schalter zu betätigen.

Bekannt sind Hitzdrahtrelais, bei denen ein Schalthebel entsprechend der Längenänderung eines stromdurchflossenen Hitzdrahtes in eine Kontaktstellung geführt wird. Solche Relais können auf geringe Stromstärken (Steuerströme) reagieren. Als Überstromrelais oder -auslöser sind sie nicht verwendbar, da in diesem Falle nicht allein die Höhe des Nennstromes (Ansprechstromes), die Zeitdauer, während der ein Überstrom auftritt, maßgeblich sind und schließlich unwesentliche Überschreitungen des Ansprechstromes eine andere Reaktion erfordern als schnell auftretende, ein Mehrfaches des Nennstromes betragende Überströme.

Ein thermisches Relais mit einem Hitzdraht, dessen Längenänderung eine Drehbewegung eines unter der Wirkung einer Feder stehenden Hebels um seine Auflage bewirkt, das auf geringfügige Überströme anders reagiert als auf schnell auftretende höhere Überströme, ist erfindungsgemäß so ausgeführt, daß die wirksame Länge dieses Hebels und damit die von seinem freien Ende in einer bestimmten Zeit zurückzulegende Wegstrecke dermaßen veränderlich ist, daß bei einer gegebenen Nennstromstärke das Relais kurzzeitige Überschreitungen des Nennstromes geringeren Ausmaßes den Trägheitsgrad unwesentlich beeinflussen, dagegen eine schnell auftretende, ein Mehrfaches des Nennstromes betragende Stromstärke ein wesentlich schnelleres Ansprechen des Relais zur Folge hat.

Um eine verhältnismäßig große Drehbewegung entsprechend der Verlängerung des stromdurchflossenen Leiters zu erhalten, sind die einzelnen Glieder zu einem spitzwinkeligen Dreieck zusammengestellt. Der stromdurchflossene Leiter greift an der Spitze des Thermisches Relais, z. B. Überstromrelais
oder -auslöser

Anmelder:

Associated Electrical Industries Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. A. Schmidt, Patentanwalt,

Berlin 33, Hohenzollerndamm 150

Als Erfinder benannt:

Henry James Chafer, Rugby, Warwickshire

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 13. September 1960 (31 517)

Dreiecks an, und der Hebel führt eine Bewegung um sein an der Basis des Dreiecks liegendes Ende aus.

Bei einer derartigen Einrichtung wird jeder Überstrom, der eine Auslösung herbeiführen soll, auch ein zeitlich begrenzter Stromimpuls, eine schnelle Längenveränderung des Leiters herbeiführen. Es kann also das Relais so eingerichtet sein, daß es bei Stromstößen zum Ansprechen kommt, während seine Empfindlichkeit an sich auf einen länger anhaltenden Überstrom abgestellt ist. Um das zu erreichen, ist entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das bewegliche Glied in Form eines Bimetallstreifens ausgeführt, dessen Seite geringerer Ausdehnung dem Leiter zugekehrt ist. Unter dem Einfluß der Stromwärme des Leiters biegt sich das Bimetallglied entsprechend aus und verringert die wirksame Länge des Hebels. Dadurch ergibt sich eine größere Drehbewegung des Hebels bei gleicher Längenänderung des Leiters. Das Relais kann also so eingerichtet sein, daß bei kurzen Stromimpulsen der Ausschlag nicht genügt, um einen Auslöser zur Wirkung zu bringen. Das Relais kann daher so eingerichtet werden, daß es je nach der Zeitdauer, während der ein Überstrom vorhanden ist, zum Ansprechen kommt und einen Auslöser zur Wirkung bringt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die F i g. 1 und 2 zeigen eine Seiten- und Frontansicht.

409 630/278

Leiter 4 benachbart sein, um ein Maximum an Verzögerung zu erreichen.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ergibt sich aus den Kurvenzügen der Fig. 3. Darin ist für einen gegebenen Auslöseausschlag die Auslösezeit, bezogen auf den Strom, aufgetragen.

Die ausgezogenen Kurven geben die Charakteristik eines Relais wieder, das nicht mit einem Bimetallstreifen ausgerüstet ist. Es sei angenommen, daß der

In F i g. 3 sind Kurvenzüge zur Erklärung der Wirkungsweise des Relais angegeben.

F i g. 4 stellt die Charakteristik eines nach der Erfindung hergestellten Überlastrelais dar.

In der F i g. 1 und 2 ist mit 1 ein aus Metall bestehender Streifen bezeichnet, der auf einer isolierenden Grundplatte 2 beweglich gehalten und mittels einer Schneide gelagert ist.

Auf den Streifen 1 wirkt eine Feder 3, die bestrebt

ist, eine Bewegung des Streifens entgegengesetzt dem io normale Relaisstrom 1 Ampere beträgt und daß mit Uhrzeigersinne zu bewirken. In seiner Ruhelage ent- d der Ausschlag bezeichnet ist, mit welchem das Regegen der Wirkung der Feder 3 wird der Streifen 1 lais arbeiten soll. Wenn der Strom auf 1,5 Ampere gehalten durch einen Leiter 4, der mit seinem unteren ansteigt, so wird das Relais bei dem Zeitpunkt t_t aus-Ende in der isolierenden Platte 2 eingespannt ist und lösen, und wenn der Strom auf 2 Ampere ansteigt, erdessen oberes Ende, z. B. durch Schweißung, mit dem 15 folgt die Auslösung bei dem Zeitpunkt i₂. Beides sind Streifen 1 verbunden ist. Streifen 1 und Leiter 4 bil- sehr kurze Zeiten. Das Relais spricht schnell an. Beden ein spitzwinkeliges Dreieck, in welchem die trachtet man nun die gestrichelten Kurven, die sich Grundplatte 2 die Basis und die Verbindungsstelle auf ein Relais beziehen, dessen Hebel 1 als Bimetallzwischen dem Streifen 1 und dem Leiter 4 die Spitze streifen ausgebildet ist, so ist die durch den Bimetalldarstellt. Der Leiter 4 ist mit Klemmen 5 versehen 20 streifen erzielte Wirkung ersichtlich. Es wird wieder die von der Grundplatte 2 getragen und vonein- angenommen, daß 1 Ampere der normale Relaisstrom ander isoliert sind. Der die Auslösung bewirkende ist, aber entsprechend der zusätzlichen Auslenkung Strom fließt über den Leiter 4, so daß die Klem- des Bimetallstreifens, d. h. der darausfolgenden Verinen 5 die Anschlußklemmen für das Relais dar- kürzung der wirksamen Länge des Hebels 1, ergibt stellen. Das obere Ende des Streifens ist mit einem as sich, daß der Ausschlag im Überstromfall jetzt gröisolierenden Ansatz 6 versehen, mit dem der ßer ist und den Wert D hat. Wenn jetzt der Strom Streifen 1 auf eine nicht dargestellte Auslöseein- auf 1,5 Ampere ansteigt, so ergibt sich, daß das Rerichtung oder einen Schalter, z. B. einen Mikro- lais nicht vor dem Zeitpunkt T₁ auslöst, obgleich es schalter, einwirkt. bei einem größeren Stromanstieg, z. B. auf 2 Ampere,

Bei Stromfluß durch den Leiter 4, der Vorzugs- 3° bei dem Zeitpunkt T₂ auslöst, welcher von der gleiweise aus dünnem Draht besteht, wird dieser erwärmt chen Größennordnung ist wie die Zeit /². Das mit und ändert seine Länge. Der Streifen 1 trachtet sich einem Bimetallstreifen versehene Relais ist also für unter der Wirkung der Feder 3 entgegen dem Uhr- kurzzeitige Stromerhöhungen weniger empfindlich, zeigersinne zu drehen. Das Ausmaß dieser Bewegung vorausgesetzt, daß die Erhöhung nicht größer als ein hängt ab von der Längenänderung des Drahtes 4, 35 vorherbestimmter Wert ist.

und diese wiederum ist abhängig von dem den Draht Um zu erreichen, daß der Bimetallstreifen im Sinne

durchfließenden Strom. Normalerweise wird die Ein- der Verkürzung der wirksamen Länge arbeitet, sorichtung so getroffen, daß die Winkelbewegung des bald seine Temperatur zu steigen beginnt, wird er Streifens eine Auslösung bei einem gewissen Wert zweckmäßig in der Richtung vorgebogen, in der er des den Leiter durchfließenden Stromes bewirkt. Ge- 4° sich bei Erwärmung selber durchbiegen soll, maß der geringen thermischen Kapazität des Lei- In F i g. 4 geben die Kurven die Auslösezeiten in

ters4 wird ein kurzer Stromimpuls größerer Stärke Abhängigkeit von dem über das Relais fließenden als der des normalen über ihn fließenden Stromes Strom wieder, und zwar die ausgezogen gezeichnete eine Auslösung verursachen, die unerwünscht ist, Kurve bei einem Relais, dessen Hebel 1 selbst nicht wenn nur eine langer anhaltende Überlastung die 45 temperaturempfindlch ist, und die gestrichelte Kurve Auslösung bewirken soll. Da ein Wärmeaustausch bei einem Relais, dessen Hebel 1 temperaturempfindzwischen dem Leiter 4 und dem Streifen 1 besteht, lieh und z. B. als Bimetallstreifen ausgeführt ist. kann die Erwärmung des Streifens durch Strahlung,
Wärmeleitung oder Konvektion ausgenutzt werden,
um das Relais unempfindlich für kurzzeitige Über- 5°
lastungen zu machen.

Claims (4)

Patentansprüche: Das wird dadurch erreicht, daß der Streifen 1 aus Bimetall besteht. Durch die Ausbiegung des Bimetallstreifens wird der Abstand von der Spitze zur Basis des Dreiecks, d. h. die wirksame Länge des Hebels 1, verringert. Diese Verkürzung des Hebels läßt einen größeren Ausschlag des Hebels zu, als wenn er aus nur einem Material aufgebaut wäre. Demgemäß ist die Bewegung seines oberen Endes unter dem Einfluß einer länger andauernden Überlastung eine größere. Die Einstellung des Relais kann daher weniger empfindlich sein, so daß ein Ausschlag des Hebels 1 und damit eine Einwirkung auf den Auslöser bei kurzzeitiger Stromüberlastung nicht erfolgt, da in diesem Falle die Auslenkung des Streifens zur Beeinflussung des Auslösers nicht ausreicht. Obwohl es nicht unbedingt erforderlich ist, kann die Seite geringer Ausdehnung des Bimetallstreifens dem

1. Thermisches Relais, z. B. Überstromrelais oder -auslöser, mit einem Hitzdraht, dessen Längenänderung eine Drehbewegung eines unter der Wirkung einer Feder stehenden Hebels um seine Auflage bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Länge dieses Hebels und damit die von seinem freien Ende in einer bestimmten Zeit zurückzulegende Wegstrecke dermaßen veränderlich ist, daß bei einer gegebenen Nennstromstärke des Relais kurzzeitige Überschreitungen des Nennstromes geringeren Ausmaßes den Trägheitsgrad unwesentlich beeinflussen, dagegen eine schnell auftretende, ein Mehrfaches des Nennstromes betragende Stromstärke ein wesentlich schnelleres Ansprechen des Relais zur Folge hat.

2. Thermisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Länge

des Hebels in Abhängigkeit von der Zeitdauer des über den Leiter fließenden Stromes veränderlich ist.

3. Thermisches Relais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel aus einem Bimetallstreifen besteht, dessen Teil mit geringerem Wärmeausdehnungskoeffizienten dem Leiter zugekehrt ist.

4. Thermisches Relais nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel leicht vorgebogen in der Richtung ist, in der er sich unter der Wirkung der durch den Leiter entwikkelten Wärme ausbiegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 057 894.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 630/278 7.64 © Bundesdruckerei Berlin