DE2013916A1

DE2013916A1 - Oberstrom-Zeitrelais

Info

Publication number: DE2013916A1
Application number: DE19702013916
Authority: DE
Inventors: -auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Fabriek van Electrische Apparaten NV
Current assignee: Fabriek van Electrische Apparaten NV
Priority date: 1969-03-27
Filing date: 1970-03-23
Publication date: 1970-10-01
Also published as: NL6904765A; BE747731A; FR2039142A1

Description

(B.O.A641/GG) . ■ '^UIO3ID

N.V. PABRIEK VAN ELECTRISCHE APPARATEN, voorheen P. Hazemeijer & Co., Hengelo/Niederlande

Überstrom-Zeitrelais

Die Erfindung bezieht sich auf ein Überstrom-Zeitreläis mit einem Bimetallelement, welches durch einen elektrischen Strom ge- I heizt werden kann und dabei wenigstens einen Kontakt schließen kann. Derartige Relais sind allgemein bekannt. Ein bekanntes Relais dieser Art ist mit einem einzigen Bimetallstreifen versehen, welcher an seinem einen Ende befestigt ist und an seinem anderen Ende einen Kontakt trägt, welcher mit einem anderen feststehenden Gegenkontakt zusammenarbeitet. Der Bimetallstreifen wird entweder direkt oder indirekt durch einen Strom geheizt, der gleich oder proportional dem in einem zu schützenden Stromkreis fließenden Strom ist. Wenn der Stromfluß einen kritischen Wert erreicht, wir 3 der Bimetallstreifen so weit ausgebogen, daß der bewegliche Kontakt in die Nähe des feststehenden Kontaktes kommt. Wenn der Strom Jedoch diesen kritischen Stromwert übersteigt, berührt der | bewegliche Kontakt den feststehenden Gegenkontakt und öffnet dadurch beispielsweise einen elektrisch zu betätigenden Schalter, der dann den betreffenden Teil des zu schützenden Netzes oder Gerätes abschaltet. Solche Überstrom-Zeitrelais haben die Eigenschaft, ihren Kontakt schneller zu schließen, wenn der Heizstrom größer ist. Kurzschlüsse in dem zu schützenden Netz werden daher viel schneller abgeschaltet als mäßige Überlastungen.

Ein Nachteil dieser bekannten Einrichtungen besteht darin, daß die Äbschaltzeit bei hohen Überlastungsströmen oder bei Kurzsehlußströmen gewöhnlich zu lang ist, so daß das Bimetallelement der Gefahr einer Verbrennung ausgesetzt wird. Um diese Gefahr zu vermeiden, ist bereits ein Kontakt eines elektromagnetisch be-

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tätigten Schalters mit fester Zeitverzögerung, beispielsweise mit einer Zeitverzögerung von 0,1 Sekunden, in Reihe geschaltet worden mit einem thermischen Kontakt, welcher dann arbeitet, wenn der Strom den 5- bis 10-fachen Wert des kritischen Stromes erreicht. Solche elektromagnetische Überstromschalter verteuern jedoch den Herstellungspreis eines Überstromzeitrelais beträchtlich, währenddessen Stroraabhängigkeit nur innerhalb eines beschränkten Bereiches vorhanden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil dadurch zu vermeiden, daß der elektromagnetische Maximalschalter durch einen Bimetallstreifen ersetzt wird.

Durch die Erfindung wird ein Überstrom-Zeitrelais der geschilderten Art vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Bimetallelement aus zwei einzelnen Bimetallstreifen aufgebaut ist, von denen der eine direkt durch einen elektrischen Strom geheizt wird, während der andere an einer freien Kante des ersten Bimetallstreifens befestigt 1st und somit eine indirekte Heizung über die Verbindungsstelle der beiden Streifen erfährt. Beide Bimetallstreifen biegen sich dabei im Beheizungsfalle nach entgegengesetzten Richtungen aus und es sind feststehende Gegenkontakte auf beiden Seiten des freien Endes des indirekt geheizten Bimetallstreifens vorhanden. Dieser indirekt geheizte Bimetallstreifen arbeitet als beweglicher Kontakt, durch welchen der feste Kontakt auf derjenigen Seite, welche der Ausbiegungsrichtung des direkt geheizten Streifens entspricht, dann geschlossen wird, wenn der elektrische Strom ein sehr hoher Überstrom oder ein Kurzschlußstrom ist, während der feststehende Kontakt, der sich auf der anderen Seite des indirekt geheizten Bimetallstreifens befindet dann geschlossen wird, wenn der elektrische Strom den Charakter eines maßvollen Überstromes hat.

Bei einer derartigen gemäß der Erfindung aufgebauten Einrichtung besteht die Abschaltkennlinie, d.h. der Zusammenhang zwischen der Auslösezelt des Schalters in Abhängigkeit von der Stromstärke aus zwei Ästen, die zu den beiden Bimetallstreifen gehören. Die ganze Kennlinie ist so beschaffen, daß leichte überströme innerhalb einer noch erträglichen Zeitspanne abgeschaltet werden, während hohe Überströme und Kurzschlüsse sehr schnell

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abgeschaltet werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert .

Fig. la und Ib stellen eine Vorderansicht und eine Seitenansicht der beiden miteinander verbundenen Bimetallstreifen dar.

Fig. 2a, 2b und 2c veranschaulichen den gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Schalter im Betriebszustand, im Kurzschlußzustand und im Zustand einer mäßigen Stromüberlastung.

Fig. J5 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit für den beweglichen Kontakt.

Fig. 4 veranschaulicht eine Abschaltkennlinie eines gemäß der Erfindung aufgebauten Schalters. ^

Fig. 5 stellt eine erste Abwandlungsmöglichkeit für einen Sehalter gemäß der Erfindung dar."

Fig. 6a und 6b veranschaulichen die Benutzung von Wärmespeichern bei einem Überstrom-Zeitrelais gemäß der Erfindung.

Fig. 7 veranschaulicht eine Einrichtung gemäß der Erfindung, bei welcher ein örtlich eingeschnürter direkt geheizter Bimetall- ._'.. streifen benutzt ist.

Fig. 8 zeigt eine wärmeisolierende Verbindung zwischen beiden Bimetallstreifen.

Fig. 9 veranschaulicht eine weitere Abwandlung der Erfindung, bei welcher der indirekt geheizte Bimetallstreifen an seiner Ver- j bindungssteile mit dem direkt geheizten Bimetallstreifen eine " Einschnürung besitzt.

Gemäß Fig. la und Ib hat der direkt geheizte Bimetallstreifen 1 die Form eines umgekehrten U, wobei an den freien Enden seiner beiden Schenkel Klemmen J5, 4 zur Zuführung eines Heizstromes angebracht sind. Der indirekt geheizte Bimetallstreifen 2 ist an dem horizontal verlaufenden Schenkel des U mit einer Schweißpunktstelle 5 befestigt. Der indirekt geheizte Bimetallstreifen 2 besitzt an seinem freien oberen Ende einen Kontakt 6.

Die Fig. 2a veranschaulicht die Arbeitsweise. In Fig. 2a ist

unter dem Einfluß des kritischen Stromwertes die Ausbiegung beider

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Bimetallstreifen dargestellt. Der direkt geheizte Bimetallstreifen 1 ist nur geringfügig nach rechts ausgebogen, während der indirekt geheizte Streifen 2 um einen solchen Betrag ausgebogen ist, daß die Kontakte 6 und 7 sich in geringer Entfernung einander gegenüberstehen. Bei einem Kurzschlußstrom oder einem starken Überstrom biegt sich der direkt geheizte Bimetallstreifen 1 soweit aus und nimmt dabei den Streifen 2 mit, daß die Kontakte 6 und 8 einander berühren, (Pig. 2b). Dies findet so schnell statt, daß der indirekt geheizte Bimetallstreifen 2 praktisch keine Wärme aufnimmt, so daß er die Krümmung etwa nach Fig. 2a beibehält. In Fig. 2c sind die bei einem mäßigen Überstrom auftretenden Verhältnisse veranschaulicht. Wenn man von dem Betriebszustand nach Fig. 2a, d.h. von dem kritischen Stromfluß ausgeht, wird durch eine Stromzunahme von beispielsweise 10 bis 20$ der indirekt geheizte Streifen 2 langsam weiter erwärmt, so daß dieser Streifen 2 entgegengesetzt der Ausbiegungsrichtung des Streifens 1 verformt wird. Es kann sich also nunmehr der Kontakt 6, 7 schließen.

Fig. 2 veranschaulicht eine mögliche Ausführungsform für diese Kontakte. Die feststehenden Kontakte 7# 8 sind an Klemmen 7¹ bzw. 8¹ angeschlossen und der bewegliche Kontakt 6 liegt über eine flexible Verbindungsleitung 9 an einer Klemme 6¹.

Die Fig. 4 zeigt die Abschaltkennlinie eines gemäß der Erfindung ausgeführten Relais. Im ersten Teil I der Kennlinie ist die Wirkungsweise durch den indirekt geheizten Streifen 2 bestimmt, während im Teil II der Kennlinie der Einfluß des direkt geheizten Streifens 1 sich bemerkbar macht. Die punktierten Linien zeigen die Fortsetzung der beiden Kennlinienäste und veranschaulichen, daß man lediglich bei Benutzung des Streifens 1 eine viel zu lange Abschaltzeit bei geringem Überstrom erhalten würde, während man bei Benutzung lediglich des indirekt geheizten Streifens 2 eine viel zu lange Abschaltzeit bei Kurzschlüssen in Kauf nehmen müßte.

In Fig. 5 ist gezeigt, wie der feststehende Kontakt 7 von dem beweglichen Kontakt 6 schon bei geringen Überlastungen geschlossen wird und zu diesem Zweck am oberen Ende des direkt geheizten Streifens 1 ein Stab 10 angebracht ist. Dieser Stab 10 kann ebenfalls die Form eines Bimetallstreifens erhalten und er-

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möglicht dann eine Kompensation von Temperaturechwankungen der Umgebung. Wenn die Umgebungstemperatur nämlich ansteigen würde, nimmt der Kontaktsabstand 6, 7 bei konstantem Stromfluß ab.

Die Pig. 6a zeigt einen Wärmespeicherkörper 11, der aus wärmeleitendem Material besteht. Dieser Körper 11 ist in der Lage die Abschaltkennlinie zu beeinflussen und zwar insbesondere bei geringen Überströmen.

In Fig. 6b erstreckt sich dieser Körper 11 über eine gewisse Länge des indirekt geheizten Streifens 2, so daß dieser also durch die von dem Körper 11 ausgestrahlte Wärme zusätzlich beheizt wird.

Gemäß Fig. 7 soll.der Querschnitt des direkt geheizten Streifens 1 an seiner Anschlußstelle an die Stromzuführungskontakte ä stark eingeschnürt werden. Bei geringen Überströmen löst der Schalter dann langsam aus, weil die Temperatur der Streifen 1 und 2 nur wenig durch die Wärmeableitung zu den Klemmen j5 und 4 beeinflußt wird, während bei starken Überströmen die Abschaltzeit sehr kurz wird. -

Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß eine weitere Abwandlung der Abschaltkennlinie dadurch gewonnen werden kann, daß man an der Verbindungsstelle zwischen den Streifen 1 und 2 einen wärmeisolierenden Körper 12 anbringt.

Gemäß Fig. 9 kann die Abschaltkennlinie außerdem noch dadurch beeinflußt werden, daß man den Querschnitt des indirekt geheizten Streifens 2 an der Verbindungsstelle mit dem Streifen 1 | stark einschnürt. ■

Es sei ferner noch bemerkt, daß die Abschaltkennlinie in hohem Maße durch das Medium beeinflußt wird, in welchem sich die Streifen 1 und 2 befinden. Man kann beide Streifen 1 und 2 oder den Streifen 2 alleine in einer Kühlflüssigkeit anordnen, welche jedoch elektrisch isolieren muß. Ferner kann man entweder den Streifen 1 oder den Streifen 2 oder beide Streifen mit einer wärmeisolierenden Umhüllung versehen. '

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Claims

Patentansprüche

Iy) Überstrom-Zeitrelais mit einem Bimetallelement, das von einem Heizstrom durchflossen wird und mindestens einen Kontakt schließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallelement aus zwei einzelnen Bimetallstreifen besteht, von denen der erste (l) seitens des elektrischen Stromes direkt geheizt wird, während der zweite (2) an einer freien Kante des ersten Bimetallstreifens befestigt 1st und somit seitens des ersten Bimetallstreifens über die Verbindungsstelle (5) indirekt geheizt wird, derart, daß die Bimetallstreifen sich im Beheizungsfalle in entgegengesetzten Richtungen ausbiegen, daß feststehende Kontakte auf beiden Seiten des freien Endes des indirekt geheizten Bimetallstreifens vorhanden sind, daß dies freie Ende als eine bewegliche Kontaktzunge (6) arbeitet, welche auf derjenigen Seite der Kontaktzunge angeordnet ist, nach welcher sich der direkt geheizte Bimetallstreifen (l) ausbiegt, daß diese Kontaktberührung dann zustande kommt, wenn ein starker Überstrom oder ein Kurzschlußstrom fließt, während der feststehende Kontakt (7) auf der anderen Seite der Kontaktzunge dann geschlossen wird, wenn die Ausbiegung des indirekt geheizten Streifens (2) überwiegt, was bei einem mäßigen Überstrom der Fall ist.
2.) Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der direkt geheizte Bimetallstreifen (l) die Form eines U besitzt und an den beiden freien Enden seiner parallelen Schenkel an Klemmen (3, 4) zur Zuführung des Heizstroms angeschlossen ist, während der indirekt geheizte Streifen (2) an dem Verbindungsschenkel der beiden parallelen Schenkel des ü befestigt ist.
3.) Relais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der direkt geheizte Bimetallstreifen (l) an seinen beiden Befestigungsstellen an den Stromzuführungsstellen eine Einschnürung besitzt.
4.) Relais nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der indirekt geheizte Bimetallstreifen (2) an seiner Verbindungsstelle mit dem direkt geheizten

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Bimetallstreifen (l) eine Einschnürung besitzt.
5.) Relais nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r cn gekennzeichnet, daß beide Bimetallstreifen durch einen wärmeisolierenden Körper (12) miteinander verbunden sind.
6.) Relais nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß ein Wärmespeicher an der Verbindungsstelle beider Bimetallstreifen vorhanden ist, und zwar in Form eines wärmeleibenden Werkstoffes.
7.) Relais nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η ζ e i ch η et, daß dieser Körper (ll) sich über einen Teil der Länge des indirekt geheizten Bimetallstreifens (2) erstreckt.
8.) Relais nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch j gekennzei chnet, daß der feststehende Kontakt (7) ™ auf derjenigen Seite des indirekt· geheizten Streifens (2) angeordnet ist, nach der sich der direkt geheizte Streifen, (l) ausbiegt.
9.) Relais nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kontakt (7) auf einem dritten Bimetallstreifen befindet, welcher eine Temperaturkompensation des Relais bewirkt.
10.) Relais nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Bimetallstreifen in eine Kühlflüssigkeit eintaucht.
11.) Relais nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η τ ä

zeichnet, daß wenigstens einer der Bimetallstreifen mit einem wärnteisolierenden Überzug versehen ist.

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