DE1177743B - Thermisches Relais fuer mehrphasige Stroeme - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIh

Deutsche KL: 21g -4/04

Nummer: 1177 743

Aktenzeichen: N 20800 VIII c / 21 j

Anmeldetag: 9. November 1961

Auslegetag: 10. September 1964

Die Erfindung betrifft ein thermisches Relais für mehrphasige Ströme, bei dem jede Phase ein Überwachungselement aufweist, das aus einem an einem seiner Enden befestigten verformbaren Bimetall besteht, wobei die Bimetalle der verschiedenen Phasen im kalten Zustand in etwa parallel zueinander angeordneten Ebenen liegen und durch ihre freien Enden die Translationsbewegung zweier verschiebbarer Leisten aus isolierendem Material steuern, welche in einer etwa senkrecht zu ihnen liegenden Ebene angeordnet sind.

Ein thermisches Relais für mehrphasige Ströme besitzt im allgemeinen ebenso viele Uberwachungselemente, wie das Netz Phasen aufweist. Diese Überwachungselemente bestehen meist aus verformbaren Bimetallen, welche sich beim Durchfluß eines Stromes erwärmen und deren Krümmung von der Stromstärke in der Leitung abhängt. Bei den meisten bekannten Ausführungen sind die Bimetalle an dem einen ihrer Enden befestigt und steuern durch das andere die Verschiebung eines gemeinsamen Überwachungsorgans, welches dazu vorgesehen ist, bei einem bestimmten, in seinem Verlauf regelbaren Punkt die Öffnung eines elektrischen Kontaktes zu bewirken, der in den Kreis, auf den das Relais (z. B. Kontaktgeberspule) einwirkt, eingesetzt ist. Eine derartige Vorrichtung spricht also auf jede übermäßige Verformung der Bimetalle an und bildet daher ein Maximalstromrelais. Es ist jedoch bekannt, daß ein derartiger Schutz für durch mehrphasige Ströme gespeiste Anlagen nicht ausreicht und daß das Relais auch im Falle einer Unsymmetrie zwischen den Phasen des Netzes ebenso wie im Falle einer Unterbrechung der Versorgung einer Phase ansprechen muß. Eine zur Erzielung dieser Ergebnisse verwendete Lösung besteht darin, das Relais nicht mehr mit einem, sondern mit zwei Uberwachungsorganen für die Verformung der Bimetalle auszustatten. Diese Organe sind derart zusammengepaßt, daß die Auslösung dann erfolgt, wenn irgendeines der Bimetalle eine andere Verformung als die anderen erleidet, und zwar entweder durch eine Überhitzung oder Abkühlung. Bei den meisten bekannten Vorrichtungen ist der durch das Relais gestattete Unsymmetriegrad im wesentlichen eine Funktion der für die Maximalstromauslösung im Gleichgewichtsbetrieb gewählten Einstellung; oder dieser Unsymmetriegrad ist genauer einer Funktion des durch diese Einstellung zwischen der Auslösestromstärke und der reellen durch die Anlage absorbierten Stromstärke vorhandenen Bereiches. In dem Fall, wo ein derartiges Relais zum Schutz eines elektrischen Dreiphasenmotors herangezogen wird, Thermisches Relais für mehrphasige Ströme

Anmelder:

Compagnie Electro-Mecanique, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,

München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt:

Maurice Ihne,

Georges Dubujet, Lyon (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 9. November 1960 (843 444)

der z. B. pro Phase 3 Ampere verbraucht, kann der Schutz gegen die Gefahr eines Einphasenbetriebes als Folge der Abschaltung einer Phase richtig sein, wenn die Bedienungsperson das Relais für die Auslösung bei 3,5 Ampere eingestellt hat. Der Schutz kann jedoch gering oder sogar Null sein, wenn die Bedienungsperson den Auslösepunkt zu hoch eingeregelt hat oder wenn bei richtiger Einstellung der Fehler auftritt, wenn der Motor bei verringerter Belastung umläuft.

Um ein thermisches Relais für mehrphasige Ströme einfacher und wirtschaftlicher Bauart zu schaffen, dessen Empfindlichkeit für eine Phasenunsymmetrie nicht von der für die Auslösung im Gleichgewichtsbetrieb gewählten Einstellung abhängt, ist ein Relais der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß eine der beiden Leisten einen Anschlag für die Steuereinrichtung der elektrischen Kontakte bildet und daß die Einrichtung bei der Bereitschaftseinstellung des Relais mit der Leiste in Eingriff kommt und auf Grund einer elastischen Verbindung im Eingriff bleibt, so daß sie an den Bewegungen teilnimmt, während die andere Leiste dazu vorgesehen ist, die Einrichtung außer Eingriff zu bringen und folglich die Auslösung des Relais zu bewirken, wenn eine bestimmte Verschiebung bezüglich der ersten Leiste vorhanden ist, und zwar entweder als Folge einer übermäßigen Verformung der Gesamtheit der Bimetalle bezüglich eines regelbaren Anschlages, der nur auf die eine der Leisten einwirkt, oder als Folge einer ungleichen Verformung des

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einen der Bimetalle bezüglich der anderen (Unsymmetrie oder Unterbrechung einer Phase).

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. In dieser zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt eines Einzelteiles,

Fig. 3,4 und 5 eine schematische Endansicht auf zwei zur Erleichterung des Verständnisses übereinandergelegte Reihen, wobei die Stellungen der Enden der Bimetalle und der von ihnen gesteuerten verschiebbaren Leisten dargestellt sind, wenn sich die Bimetalle im normal warmen Zustand bzw. in zwei anomalen Zuständen befinden, von denen jeder die Auslösung des Relais bewirkt, und

Fig. 6 die Einzelansicht eines Bauteiles, dessen Aufgabe später genauer erläutert wird.

Die dargestellte Vorrichtung ist dreipolig. Als Überwachungselemente werden drei Bimetalle la, Ib und Ic verwendet, welche entweder direkt von den zu überwachenden Strömen durchflossen oder mittels auf sie aufgewickelter oder in ihrer unmittelbaren Nähe angeordneter Widerstände geheizt oder gleichzeitig beiden Heizarten, nämlich der direkten und der indirekten, unterworfen werden können. Diese drei Bimetalle sind an ihrem oberen Ende auf einer Zunge befestigt, welche von einer Halterungsplatte ld, le, If im rechten Winkel ausgeht. Die Halterungslplatte selbst ist auf eine nicht dargestellte isolierende Platte aufgeschraubt, welche den Gesamtaufbau der Vorrichtung trägt. Die Bimetalle liegen somit im kalten Zustand in Ebenen, die zueinander parallel sind und senkrecht auf der Zeichenebene stehen. Diese Lagen sind in Fig. 1 nur in strichpunktierten Linien dargestellt. Ein auf einem Zapfen angebrachter vierter Streifen 2 ist mittels einer Schraube la mit gerändeltem Kopf einstellbar; er dient als Anschlag und zur Einregelung des Relais. Vorteilhafterweise kann dieser Streifen durch ein gleichartig wie die vorstehenden ausgebildetes Bimetall gebildet werden, so daß Schwankungen der Umgebungstemperatur automatisch kompensiert werden.

Die freien Enden der Bimetalle la, Ib, Ic greifen in Schlitze 3 a, 3 b, 3 c bzw. Aa, 4 b, 4 c zweier gleitend geführter Leisten 3 bzw. 4 aus isolierendem Material ein; sie steuern die Verschiebungen dieser Leisten. Die Schlitze haben eine solche Länge, daß die Bimetalle bei normalem Betrieb zugleich nur auf eine dieser beiden Leisten einwirken, und zwar auf die Leiste 4, wenn eine Verschiebung nach rechts erfolgt, und auf die Leiste 3, wenn eine Verschiebung nach links stattfindet. Die beiden Leisten sind gegenüber in einer auf der Zeichenebene und den Ebenen der Bimetalle senkrecht stehenden Ebene angeordnet und derart angebracht, daß sie in Führungen 5 a, Sb und 5 c, Sd gleiten können, die fest mit der das Relais tragenden Platte verbunden sind. Die Leiste 3 ist länger als die Leiste 4, so daß nur sie sich gegen den Anschlag 2 abstützen kann. Die Leiste 3 besitzt weiter eine rechteckige öffnung 3d, auf deren einer Seite beim Ausstanzen eine Zunge 3 e belassen wurde, die als Anschlag für die Einrichtung zur Steuerung der elektrischen Kontakte dient (Fig. 2 und 3). Diese Einrichtung wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine dritte Leiste 6 gebildet, welche etwa senkrecht auf den beiden anderen Leisten steht. Diese Leiste greift mit einem ihrer Enden in die öffnung 3 d der Leiste 3 ein. Ihr anderes Ende wird von zwei Vorsprüngen 7 geführt, zwischen welchen die Leiste frei gleiten und zusätzlich um einen begrenzten Winkel schwenken kann (Fig. 1). Diese Leiste besitzt ebenfalls eine rechteckige öffnung 6 a, auf Grund der sie zum Anschlag an die Zunge 3 e der Leiste 3 kommen kann (s. die vergrößerte Einzelansicht von F i g. 2). Das untere Ende

ίο der Leiste 6 dient als Anschlag für die Leiste 4 bei ihrer Translationsbewegung nach rechts. Eine im öffnenden Sinn wirkende Torsionsfeder 8, deren beide Arme sich auf die Leisten 3 bzw. 6 stützen, stellt zwischen diesen beiden Teilen eine elastische Verbindung her, deren Aufgabe später erläutert wird. Die Leiste 6 besitzt schließlich einen auf ihr durch ein geeignetes Mittel befestigten beweglichen Kontakt 9, der vorgesehen ist, um mit zwei festen Kontakten 10 und 11 zusammenzuarbeiten. Mittels dieser Kontakte wirkt das Relais auf den überwachten Kreis (z. B. Kontaktgeberspule).

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die Bereitschaftseinstellung erfolgt dadurch, daß die Leiste 6 im Sinne des Pfeiles A nach unten gestoßen wird.

Dadurch wird die öffnung 6 a an die Anschlagzunge 3 e gebracht, und die Feder 8 kann den Eingriff dieser Teile herstellen. Die Leiste 6 bleibt eingedrückt, und die Kontakte 9 und 10 sind geschlossen. Die beiden Leisten 3 und 6 bilden also mit der Feder 8 einen gelenkigen, beweglichen, leicht verformbaren Aufbau, der sich in allen Lagen, die er während des Betriebes einnehmen kann, praktisch in indifferenten Gleichgewicht befindet, sofern weder durch die Bimetalle la, Ib, Ic noch durch den Anschlag 2 eine Beanspruchung übertragen wird. Besonders ist darauf hinzuweisen, daß die Leiste 3 keine Querwirkung auf ihre Führungen ausübt und daß ihre Verschiebung demzufolge nur eine unbedeutende Antriebsleistung von seiten der Bimetalle erfordert, welche gerade ausreicht, um die leichte Reibung der Leiste in ihren Führungen zu überwinden. Wenn das Relais somit in Bereitschaft steht und die Bimetalle sich im kalten Zustand befinden, bleibt die Leiste 4 in Längsrichtung zwischen den Anschlägen (einesteils den Bimetallen la, Ib und 1 c und anderenteils dem Ende der Leiste 6) unbewegt. Diese Unbeweglichkeit braucht nur teilweise vorhanden zu sein; die Leiste 4 kann zwischen ihren Anschlägen ein gewisses Spiel behalten, ohne daß sich an dem Arbeitsprinzip des Relais etwas ändert.

Wenn ein symmetrischer Strom die drei Phasen der überwachten Anlage durchfließt, erwärmen sich die Bimetalle la, Ib und Ic in gleicher Weise und erleiden folglich identische Verformungen. Ihre freien Enden verschieben sich unter Beibehaltung ihres konstanten Abstandes im Sinne des Pfeiles D und übertragen ihre Bewegung auf die Leiste 4. Diese stößt nach einer eventuellen Kompensation des Längsspieles nach rechts gegen die Leiste 6, welche auf Grund der oben beschriebenen elastischen Verbindung die Leiste 3 mitnimmt. Die Verformung der Bimetalle steuert also schließlich eine gleichzeitige Bewegung der beiden Leisten 3 und 4, ohne jedoch eine Relativbewegung dieser Teile zu bewirken. Das gleiche gilt, wenn die Bimetalle nicht mehr von einem Strom durchflossen werden und sich abkühlen; dabei nehmen sie die Leisten in ihre Anfangsstellung mit zurück.

Wenn der Strom in den drei Phasen den der Einstellung des Relais entsprechenden Wert erreicht, kommt die Leiste 3 in Berührung mit dem Anschlag 2 (Fig. 1 und 3). Wenn der Strom weiter über diesen Wert anwächst, folgt allein die Leiste 4 der Verschiebung nach rechts gegen die von der Feder 8 ausgeübte Kraft. Die Leiste 6 kommt dann außer Eingriff mit der Anschlagzunge 3e und wird augenblicklich durch die Entspannung der Feder in die obere Stellung zurückbefördert. Der Kontakt zwischen 9 und 10 wird unterbrochen, während der Kontakt zwischen 9 und 11 hergestellt wird. Das Relais befindet sich in der Auslösestellung und kann nur dann wieder in Bereitschaft gebracht werden, wenn die Bimetalle 1 a Ib, lc in bestimmtem Umfange abgekühlt sind.

Die Auslösung des Relais kann auch bei einer ungleichen Verformung der Bimetalle la, Ib, Ic als Folge z. B. einer unsymmetrischen Belastung der überwachten Anlage erfolgen. Fig. 4 zeigt, wie die Relativverschiebung der beiden Leisten 3 und 4 durch eine übermäßige Verformung des Bimetalls 1 b bezüglich der Bimetalle 1 α und 1 c erfolgt (Überstrom auf einer einzigen Phase). Fig. 5 stellt dagegen den Fall dar, daß die Auslösung als Folge der Abkühlung eines einzelnen Bimetalls (Unterbrechung einer Phase) vor sich geht. Der Grad der durch das Relais gestatteten Unsymmetrie hängt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel allein von der Länge der Anschlagzunge 3e ab. Diese könnte — wenn nötig — durch ein geeignetes Mittel einstellbar ausgebildet sein. Der Grad dieser Unsymmetrie ist dagegen unabhängig von der Regelstromstärke des Relais, welche nur durch eine Verschiebung des Anschlages oder Kompensationsbimetalles 2 beeinflußt werden kann. Diese getrennten Einstellmöglichkeiten sind — wie man weiß — besonders vorteilhaft im Hinblick auf die üblichen Anwendungen von thermischen Relais für mehrphasige Ströme. Wenn das oben beschriebene Relais z. B. einem die Steuerung eines Dreiphasenmotors bewirkenden Kontaktgeber zügeordnet wird, kann ein Schutz gegen einphasiges Arbeiten erhalten werden, und zwar unabhängig von der Belastung der Maschine beim Auftreten des Fehlers.

Die richtige Arbeitsweise des oben beschriebenen Relais setzt offensichtlich voraus, daß der Anfangsabstand der Enden der Bimetalle la, Ib, Ic genau den Abständen der aus den Leisten 3 und 4 ausgestanzten Schlitze entspricht. Diese Bedingung kann bei der Serienherstellung schwer einzuhalten sein; daher ist es gut, eine Regelmöglichkeit für die Anfangsstellung der Bimetalle vorzusehen, um eventuelle beim Zusammenbau aufgetretene Abweichungen zu kompensieren. Das kann sehr einfach dadurch erreicht werden, daß der Befestigungsschraube 12 jeder Bimetallhalterung eine Regelschraube 13 zugeordnet wird, bei der nur der Kopf mit Gewinde versehen ist und deren exzentrisch angeordnetes Ende 13 a glatt gelassen ist, um in einen länglichen Spalt 14 der Plattenhalterung einzugreifen (Fig. 1 und 6). Wenn die Lage des Endes des Bimetalls durch Einwirkung auf die Schraube 13 einmal eingestellt ist, braucht nur noch die Schraube 12 angezogen zu werden, um die Halterung endgültig festzulegen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Thermisches Relais für mehrphasige Ströme, bei dem jede Phase ein Uberwachungselement aufweist, das aus einem an einem seiner Enden befestigten verformbaren Bimetall besteht, wobei die Bimetalle der verschiedenen Phasen im kalten Zustand in etwa parallel zueinander angeordneten Ebenen liegen und durch ihre freien Enden die Translationsbewegung zweier verschiebbarer Leisten aus isolierendem Material steuern, welche in einer etwa senkrecht zu ihnen liegenden Ebene angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Leisten (3) einen Anschlag (3e) für die Steuereinrichtung der elektrischen Kontakte (9 bis 11) bildet und daß die Einrichtung bei der Bereitschaftseinstellung des Relais mit der Leiste (3) in Eingriff kommt und auf Grund einer elastischen Verbindung im Eingriff bleibt, so daß sie an den Bewegungen teilnimmt, während die andere Leiste (4) dazu vorgesehen ist, die Einrichtung außer Eingriff zu bringen und folglich die Auslösung des Relais zu bewirken, wenn eine bestimmte Verschiebung bezüglich der ersten Leiste (3) vorhanden ist, und zwar entweder als Folge einer übermäßigen Verformung der Gesamtheit der Bimetalle (1 α bis 1 c) bezüglich eines regelbaren Anschlages (2), der nur auf die eine (3) der Leisten einwirkt (allgemeiner Überstrom), oder als Folge einer ungleichen Verformung des einen der Bimetalle bezüglich der anderen (Unsymmetrie oder Unterbrechung einer Phase).

2. Thermisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Anschlag bildende Leiste (3) eine Zunge (3 e) aufweist, deren Länge die relative Verschiebungsamplitude der beiden verschiebbaren Leisten (3, 4) bestimmt, die notwendig ist, um die Einrichtung außer Eingriff zu bringen, und auf diese Weise die Empfindlichkeit des Relais für eine Unsymmetrie der Phasen bestimmt, welche also unabhängig von der für die Auslösung im Gleichgewichtsbetrieb gewählten Einstellung ist.

3. Thermisches Relais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Einrichtung an die Leiste (3) drückende elastische Verbindung durch eine im öffnenden Sinne wirkende Torsionsfeder (8) gebildet wird, die sich allein auf diese beiden Teile (3, 6) stützt, wodurch der dadurch entstehende gelenkige Aufbau bei allen Stellungen, die er im Betrieb annehmen kann, im indifferenten Gleichgewicht bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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