DE1908806B2 - Thermisches mehrpoliges Bimetall-Schutzrelais - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein thermisches mehrpoliges Bimetall-Schutzrelais gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Relais ist aus der deutschen Auslegeschrift 11 77 743 bekannt. Bei diesem bekannten Bimetall-Schutzrelais sind die Bimetallstreifen im Ruhezustand im wesentlichen geradlinig, und bei einer Erwärmung verbiegen sie sich derart, daß die beiden aus isolierendem Material bestehenden Leisten gleichmäßig vorgeschoben werden. Die Auslöseempfindlichkeit eines derartigen Schutzrelais steigt mit zunehmender Belastung an, so daß bei bereits erfolgter stärkerer Verformung der Bimetallstreifen ein geringerer zusätzlicher Stromimpuls das Schutzrelais auslösen kann. Im Fall einer unsymmetrischen Belastung verhält sich das Relais so, als ob alle Phasen in der gleichen Weise belastet wären, so daß die Auslöseempfindlichkeit noch größer ist als bei symmetrischer Belastung.

Bei einem weiteren aus der deutschen Auslegeschrift 23130 bekannten Bimetall-Schutzrelais sind die beiden aus isolierendem Material bestehenden Leisten über eine Feder gegeneinander vorgespannt und wirken auf beiden Seiten des Drehpunktes eines Betätigungshebels, so daß bei symmetrischer Belastung beide Leisten gleichmäßig gegen den abgefederten Drehpunkt des Betätigungshebels gedrückt werden und zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Auslösung erfolgt. Bei Ausfall einer Phase, d.h. also bei unsymmetrischer Belastung, wird eine Leiste durch den oder die nicht belasteten Bimetallstreifen festgehalten, während der oder die belasteten Bimetallstreifen auf Grund der Hebelwirkung um den Drehpunkt des Betätigungshebels sehr schnell eine Auslösung herbeiführen, so daß die Auslöseempfindlichkeit bei unsymmetrischer Belastung erhöht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein thermisches mehrpoliges Bimetall-Schutzrelais der

ίο eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Auslöseempfindlichkeit bei stärkerer oder ungleichförmiger Belastung nicht vergrößert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch diese Ausgestaltung des Bimetall-Schutzrelais ergibt sich eine konstante Überstromempfindlichkeit unabhängig von der Strombelastung und weiterhin ist diese Empfindlichkeit auch dann konstant, wenn sich eine unsymmetrische Belastung des mehrpoligen Bimetall-Schutzrelais ergibt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Krümmungswinkel der Bimetallstreifen für den maximal zulässigen Wert der Strombelastung der Bimetallstreifen nahezu gleich dem Winkel, um den die Enden der Bimetallstreifen abgebogen sind. Auf diese Weise wird bei dem maximal zulässigen Wert der Strombelastung die Länge des Halteanschlags zu einem Maximum.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht einer Ausführungsform des mehrpoligen Bimetall-Schutzrelais,
F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Einzelheit im Querschnitt,

Fig.3 und 4 schematisch die Endsteilungen der Bimetallstreifen und der Leisten bei maximal zulässigem Wert der Strombelastung.
Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform

•Ό des thermischen mehrpoligen Bimetall-Schutzrelais ist dreipolig ausgeführt und weist drei Bimetallstreifen la, ib, Ic auf. Diese Bimetallstreifen können direkt vom zu überwachenden Strom durchflossen sein, sie können aber auch durch Zwischenschaltung von Widerständen erwärmt werden, die auf die Bimetallstreifen aufgewikkelt oder in unmittelbarer Nachbarschaft angeordnet sind. Die Bimetallstreifen können auch gleichzeitig zwei Erwärmungsarten, nämlich der direkten und der indirekten Erwärmung unterworfen sein. Diese drei Bimetallstreifen sind mit ihrem oberen Ende an einem von einer Tragplatte id, ie, if aus rechtwinklig umgebogenen Lappen befestigt. Die Tragplatte selbst ist auf einer nicht dargestellten Isolierplatte befestigt, welche die ganze Vorrichtung trägt. Die Bimetallstrei-

^ri5 fen nehmen im kalten Zustand Stellungen ein, welche in untereinander parallelen, aber zur Figurenebene senkrechten Ebenen liegen; diese Stellungen sind in Fig. 1 und 3 mit strichpunktierten Linien dargestellt. Weiterhin ist eine vierte Leiste 2 vorgesehen, die um die Kante eines Widerlagers 2c schwenkbar und mittels einer Schraube 2a mit gerändeltem Kopf auf eine bestimmte Stellung einstellbar ist. Die vierte Leiste 2 wird an diesem Widerlager mittels einer Feder 2b gehalten. Diese Leiste 2 dient zur Begrenzung des Einstellberei-

"ϊ ches des Relais. Diese Leiste wird vorteilhafterweise durch einen Bimetallstreifen der gleichen Art wie die vorher erwähnten Bimetallstreifen gebildet, um so eine automatische Kompensation von Veränderungen der

Umgebungstemperatur sicherzustellen.

Wie es aus Fig. 1, 3 und 4 zu erkennen ist, sind die freien Enden der Bimetallstreifen la, Xb, Ic um einen bestimmten Winkel gegenüber der Ebene der Bimetallstreifen in kaltem Zustand gebogen, und zwar in entgegengesetztem Sinn zu der Krümmung, welche die Bimetallstreifen bei ihrer Erwärmung erfahren. Die Bimetallstreifen greifen in entsprechende Ausnehmungen 3a, 3b, 3c und Ab, Ac von zwei aus Isolierwerkstoff bestehenden Leisten 3,4 ein, deren Verschiebungen sie bestimmen. Diese Ausnehmungen haben eine derartige Breite, daß bei normalem Betrieb die Wirkung der Bimetallstreifen zug'eich nur auf eine der Leisten ausgeübt wird, und zwar auf die Leiste 4 bei einer Verschiebung nach rechts und auf die Leiste 3 bei einer Verschiebung nach links. Die beiden Leisten sind aneinanderliegend angeordnet, und zwar in einer Ebene, die senkrecht zur Zeichenebene sowie der Ebenen der Bimetallstreifen liegt; die beiden Leistet', sind derart befestigt, daß sie frei in Führungen 5a, 5b, 5c und 5d gleiten können, welche an der das Relais tragenden Platte befestigt sind. Die unterhalb der Leiste 4 angeordnete Leiste 3 ist wesentlich langer als die Leiste 4 und drückt allein gegen die vierte Leiste 2. Die Leiste 3 weist außerdem eine rechteckige Ausnehmung 3d auf. An einer der Seiten der Ausnehmung 3d wurde beim Stanzen eine Zunge 3e vorgesehen, welche als Halteanschlag für einen Betätigungsmechanismus von elektrischen Kontaktstücken dient (F i g. 2). Letzterer wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine dritte Leiste 6 gebildet, die in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu den beiden Leisten 3, 4 verläuft Die Leiste 6 steht mit einem ihrer Enden mit der Ausnehmung 3d der Leiste 3 im Eingriff und ist außerdem mit ihrem anderen Ende durch zwei Vorsprünge 7 geführt, zwischen weichen sie frei gleitet, wobei sie trotzdem um einen begrenzten Winkel schwenken kann (Fig. 1). Auch die Leiste 6 weist eine rechteckige Ausnehmung 6a auf, mittels welcher sie auf dem Halteanschlag 3e der Leiste 3 einrasten kann. Das obere Ende der Leiste 6 dient als Anschlag für die Leiste 4 bei deren Bewegung nach rechts. Eine Schraubenfeder 8 liegt mit ihren beiden Armen an der Leiste 3 und der Leiste 6 an und gewährleistet zwischen diesen beiden Teilen eine elastische Verbindung. Die Leiste 6 trägt ein bewegliches Kontaktstück 9, das mit zwei festen Kontaktstücken 10 und 11 zusammenwirkt.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der dargestellten Ausführungsform des Bimetall-Schutzrelais beschrieben. Im Ruhezustand stehen die Kontaktstücke 9 und 10 miteinander im Kontakt, wobei die Ausnehmung 6a der Leiste 6 auf dem Halteanschlag 3e aufgerastet ist. Die Bimetallstreifen befinden sich bei fehlender Strombelastung in der in F i g. 1 strichpunktiert dargestellten Stellung. Hierbei ist die Leiste 4 in Längsrichtung unbeweglich zwischen den Anschlägen angeordnet, die für diese Leiste einerseits durch die Enden der Bimetallstreifen la, \b und Ic und andererseits durch das Ende der dritten Leiste 6 gebildet werden.

Wenn eine symmetrische Last die drei Phasen der überwachten Anlage durchläuft, so erwärmen sich die Bimetallstreifen la, \b, lein gleicher Weise, so daß sich eine identische Verformung aller drei Bimetallstreifen ergibt. Die Enden der Bimetallstreifen verschieben sich in Richtung des in F i g. 1 gezeigten Pfeils D, wobei der Abstand zwischen den Bimetallstreifen beibehalten wird und ihre Bewegung auf die Leiste 4 übertragen wird. Die Leiste 4 drückt dann die Leiste 6 nach rechts, die ihrerseits die Leiste 3 auf Grund der Verbindung über die Feder 8 mitnimmt. Bei ihrer durch die Erwärmung hervorgerufenen Bewegung kommen die Bimetallstreifen an der Unterseite der Leiste 3 und an der Oberseite der Leiste 4 zur Anlage. Weil die Bimetallstreifen durch ihre Verformung die Leisten mitnehmen, so ergibt sich eine Relativverschiebung zwischen den beiden Leisten 3 und 4, so daß die wirksame Länge des Halteanschlages 3e vergrößert wird. Bei geringer Strombelastung und damit geringer Erwärmung und Krümmung der Bimetallstreifen ergibt sich die gegenseitige Lage der Leisten 3 und 4, wie sie in Fig.3 dargestellt ist. Der Strecke a, die der Verschiebung jedes Bimetallslxeifens la, \b. Ic in der Ebene der Unterseite der Leiste 3 entspricht, entspricht der wirksamen Länge a des Halteanschlages 3e, auf den die Ausnehmung 6a der Leiste 6 aufgerastet ist.

Wenn in kaltem Zustand der Hauptteil der Bimetallstreifen senkrecht zu den Leisten 3 und 4 verläuft und die Enden dieser Bimetallstreifen um einen Winkel um etwa 30° abgewinkelt sind, so ist die Relativverschiebung der Leisten unter der Annahme, daß die Bimetallstreifen eine vernachlässigbare Dicke haben und sich um einen Winkel λ biegen, der der minimalen Strombelastung entspricht, gleich

2e· tg30° -2e· tg(30°-«),

wobei edie hier gleich groß angenommene Stärke jeder Leiste 3,4 ist, die übereinander liegen.

Wenn die Strombelastung auf den maximal zulässigen Wert erhöht wird, wächst die Erwärmung der Bimetallstreifen, so daß ihre Krümmung groß ist. Wenn die Anordnung so getroffen wird, daß diese Krümmung schließlich 30° erreicht, so verlaufen dann die Enden der Bimetallstreifen im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Leisten 3, 4. Dieser Fall ist in F i g. 4 mit voll ausgezogenen Linien dargestellt. Die wirksame Länge des Halteanschlags 3e in der Ausnehmung 6a der Leiste 6 ist dann mit ^'bezeichnet und es ergibt sich:

6'=a'+2e-tg(3O°-«).

Es ist zu erkennen, daß die für die Einrastung verfügbare Länge des Halteanschlags 3e entsprechend der Vergrößerung der Krümmung der Bimetallstreifen wächst und daß die Längendifferenz zwischen den Stellungen im kalten Zustand und den Stellungen im erwärmten Zustand für den maximalen Wert der Strombelastung in der Nähe der Stärke der Leisten

so liegt.

Die gleichzeitige Krümmung der Bimetallstreifen ergibt eine Translationsbewegung der beiden Leisten 3, 4, bei der gleichzeitig eine Relativbewegung der einen Leiste gegenüber der anderen auftritt. Die Leiste 3 kommt schließlich in Berührung mit der vierten Leiste 2 und wenn die Strombelastung weiter anwächst, so wird die Leiste 4 gegenüber der Leiste 3 entgegen dem von der Feder ausgeübten Druck weiter verschoben und die Leiste 6 löst sich von dem Halteanschlag 3e, worauf der Kontakt zwischen den Kontaktstücken 9 und 10 geöffnet wird. Die Leiste 6 kann erst dann wieder auf den Halteanschlag aufgerastet werden, wenn die Bimetallstreifen ausreichend abgekühlt sind.

Die Auslösung des Bimetall-Schutzrelais kann auch

hi bei ungleichmäßiger Verformung der Bimetallstreifen la, \b, Xc erfolgen, und zwar beispielsweise bei einer unsymmetrischen Belastung. Wenn die Bimetallstreifen !a und \b auf Grund einer Strnmhslasfiint? vetriimmt

sind, während die Krümmung des Bimetallstreifens Ic infolge des Auftretens einer unsymmetrischen Belastung verringert wird, so wird die Leiste 4 durch die Enden der Bimetallstreifen la, \b festgehalten, während die Leiste 3 unter der Wirkung der Verschiebung des Endes des Bimetallstreifens Ic gegen die Richtung des Pfeiles D verschoben wird (siehe die strichpunktierte Darstellung nach F i g. 4). Hierdurch wird der Halteanschlag 3eschließlich außer Eingriff mit der Ausnehmung 6a gebracht, so daß das Schutzrelais auslöst. ι ο

Die Größe der die Auslösung hervorrufenden Unsymmetrie hängt einzig von den oben definierten Längen »a¹« und »b^r« des Halteanschlags 3e ab, und es ist zu erkennen, daß die Größe der eine Auslösung hervorrufenden Unsymmetrie fortlaufend in Abhängigkeit von der gleichzeitigen Krümmung der Bimetallstreifen zum vorgegebenen Maximum hin anwächst.

Daher ist bei einer größeren Belastung eines oder mehrerer Bimetallstreifen eine größere Unsymmetrie erforderlich, bevor eine Auslösung erfolgt.

Die vierte Leiste 2 ist auf ihrer Achse 2c festgelegt und wird mit Hilfe einer Feder 2b in Anlage an der Einstellschraube 2a gehalten. Die Feder 2b ist derart ausgelegt, daß ihre Kraft über derjenigen Kraft liegt, die zum Abstreifen der Ausnehmung 6a von dem Halteanschlag 3e erforderlich ist, und zwar einschließlich möglicher Reibungsverluste. Durch die thermische Trägheit können sich jedoch die Bimetallstreifen weiter verbiegen, auch nachdem die elektrische Belastung, die diese Biegung hervorgerufen hatte, aufhört. Die Feder ermöglicht die Aufnahme einer derartigen zusätzlichen Biegung ohne die Gefahr einer übermäßigen Belastung auf die Bimetallstreifen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   !.Thermisches mehrpoliges Bimetall-Schutzrelais für symmetrische und unsymmetrische Belastung mit zwei parallel zueinander angeordneten, aus isolierendem Material bestehende. Ausnehmungen aufweisenden Leisten, die durch etwa senkrecht zu diesen angeordnete Bimetallstreifen, deren Enden in die Ausnehmungen eingreifen, betätigbar sind, von welchen Leisten die eine einen Halteanschlag aufweist, der das Einrasten einer dritten, senkrecht zu den beiden parallelen Leisten angeordneten Leiste ermöglicht, die durch eine Feder im Sinne der Einrastung gegen die eine Leiste vorgespannt ist und einen Teil des Betätigungsmechanismus für die elektrischen KontaktstQcke bildet, und die andere Leiste das Ausrasten der dritten Leiste von dem Halteanschlag hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Bimetallstreifen (la, ib, ic) unter einem bestimmten Winkel gegenüber ihrem Hauptteil und in entgegengesetzter Richtung zu der Krümmung abgebogen sind, die die Bimetallstreifen (la, ib. Ic) bei ihrer Erwärmung annehmen, und daß bei der gleichzeitigen Bewegung der beiden verschiebbaren Leisten (3, 4) eine Relativverschiebung der beiden Leisten (3,4) derart erfolgt, daß die für die Einrastung verfügbare Länge des Halteanschlags (3e) vergrößert ist.
2. 2. Thermisches mehrpoliges Bimetall-Schutzrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungswinkel der Bimetallstreifen (la, ib, Xc) für den maximal zulässigen Wert der Strombelastung der Bimetallstreifen (la, Ib, ic) nahezu gleich dem Winkel ist, um den die Enden der Bimetallstreifen (la, ib, ic) abgebogen sind.