DE2329642A1

DE2329642A1 - Mehrphasenrelais zum steuern von schaltschuetzen

Info

Publication number: DE2329642A1
Application number: DE2329642A
Authority: DE
Inventors: Paul T Anderson
Original assignee: WESTINGHOUSING PAT ANW
Current assignee: WESTINGHOUSING PAT ANW
Priority date: 1972-06-29
Filing date: 1973-06-09
Publication date: 1974-01-17
Also published as: CH570035A5; AU476175B2; CA977805A; ES416155A1; US3792401A; BE801424A; DE7321781U; BR7304657D0; GB1431576A; ZA734363B; AU5663473A; FR2191243B1; FR2191243A1

Description

PATK IfTAKWALT Dipl. ing. R. HOLZEK

AUOSBURO

SVIUPFUiK-WBL8 XR-8ΪRASSB U

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Augsburg, den 7. Juni 1973

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15222, V.St.A.

Mehrphasenrelais zum Steuern von Schaltschützen

Die Erfindung betrifft ein Mehrphasenrelais zum Steuern von SchaItschUtζen, mit einem das Relais in einer seiner Betriebsstellungen haltenden Auslöser, ferner mit den Auslöser in Abhängigkeit von vorgebbaren überlast-Grenzwerten und Phasen-Asymmetrie-Grenzwerten im Sinne eines

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Öffnens des Schützes, betätigenden Mitteln, die jeweils einer Phase zugeordnete und gleichsinnig biegefähige Bimetalle aufweisen, und mit einer Schiebestückanordnung zum Umsetzen der Bimetallbiegungen in eine Auslösebewegung des Auslösers.

Thermische überlastschütze, die bei überlastung einen mehrphasigen Stromkreis unterbrechen, sind bereits bekannt·

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei einem Mehrphasenrelais der eingangs dargelegten allgemeinen Art einen hinsichtlich seines Aufbaues möglichst einfachen Auslösemechanismus vorzusehen, der trotzdem zuverlässig arbeitet und auf überlastzustände, welche eine Phasen-Asymmetrie hervorrufen, schneller anspricht als auf überlastzustände, welche die Phasensymmetrie nicht beeinträchtigen.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein solches Mehrphasenrelais gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebestückanordnung aus zwei gegeneinander parallel verschiebbaren Schiebestücken und einem am einen der beiden Schiebestücke um einen festen Drehpunkt schwenkbar ange-

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lenkten Hebel besteht, welch letzterer an einem von seinem Drehpunkt entfernten Punkt direkt am Auslöser angreift, und daß das eine Schiebestück an den sich stärker dehnenden Seiten der Bimetalle anliegende Teile und das andere Schiebestack an den sich schwächer dehnenden Seiten der Bimetalle anliegende Teile aufweist und an einem zwischen dem Drehpunkt des Hebels und dessen Angriffspunkt am Auslöser gelegenen Punkt in Richtung zum Auslöser hin am Hebel angreift, derart, daß sich bei gleichzeitiger Durchbiegung aller Bimetalle eine geradlinige Verschiebung der gesamten Schiebestückanordnung und bei einer Durchbiegung von weniger als allen Bimetallen eine Verschiebung des genannten anderen Schiebestückes relativ zum genannten einen Schiebestück und'folglich eine Schwenkbewegung des Hebels ergibt·

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben· Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht, die zeigt,

wie ein thermisch betätigtes Relais nach der Erfindung neben einem Schaltschütz angeordnet werden kann,

V 0 9 R Γ* ': / (H 2 7

Fig. 2 eine Frontansicht des Relais

nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das erfindungs

gemäße Relais,

Fig. 4 eine Rückansicht des erfindungs

gemäßen Relais,

Fig. 5 ebenfalls eine Rückansicht des

erfindungsgemäßen Relais, jedoch im ausgelösten Zustand,

Fig. 6 einen Horizontalschnitt entlang

der Linie VI-VI in Fig. 4,

Fig. 7 eine der Fig. 6 entsprechende

Darstellung, jedoch in einer anderen Betriebsstellung, und

Fig. 8 eine Explosionszeichnung eines

der Bimetallelemente.

Fig. 1 zeigt eine elektrische Steuervorrichtung bzw, ein thermisch betätigtes Relais 10 in Verbindung mit einem

- H -0 9 8 Ό 3 I 0 U 2 7

Schaltschütz 12 zum Schalten einer Last, beispielsweise eines Dreiphasen-Motors, Das Relais und das Schaltschütz sind durch eine zwischen Anschlüssen 16 und 18 verlaufende elektrische Verbindung 1*1 elektrisch miteinander verbunden. Das Schaltschütz ist in üblicher Weise aufgebaut, wie es beispielsweise in der US-PS 3 368 171 dargestellt ist.

Gemäß Pig, 4 weist das Relais 10 ein gegossenes isolierendes Gehäuse 20 mit einer Frontwandung 22, einer oberen Wandung 24, einer Bodenwandung 26 und einander gegenüberliegenden Seitenwandungen 28 und 30 auf. Diese Wandungen bilden einen offenen Hohlraum 32 zur Aufnahme der Funktionsteile des Relais, Der Hohlraum 32 besteht aus drei Kammern, die durch isolierende, einstückig mit dem Gehäuse gegossene Trennwände 34, 36 und 38 getrennt sind. Wie die Fig, 2 und 3 zeigen, erstrecken sich die Trennwände 34, 36 und 38 über die obere Wandung 24 und über einen Teil der Frontwandung 22 des Gehäuses 20 und begrenzen Zwischenräume, in denen jeweils ein, jeweils einer Phase zugeordneter Leitungsanschluß angeordnet ist. Jeder Leitungsanschluß weist ein etwa L-förmiges Anschlußstück auf, welches durch eine öffnung in der oberen Wandung 24 des Gehäuses 20 hindurch in den Hohlraum 32 ragt, wo es mittels einer Schraube 42 befestigt ist. Das Gehäuse 20 ist

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mit einem Deckel 44 (Fig. 1 und 3) versehen, welcher mittels Schrauben 46 befestigt ist, die in Gewindebohrungen 48 (Fig. 4) eingeschraubt sind.

Der im Hohlraum 32 befindliche Relaismechanismus weist einen Arbeitsmechanismus 50 und einen Betätigungsmechanismus 52 auf, die auf geeignete Weise im Gehäuse befestigt sind. Der Arbeitsmechanismus 50 weist einen elektrisch leitenden, L-förmigen Rahmen 54 auf, der sich durch eine öffnung in der oberen Wandung 24 hindurch zur Frontseite (Fig. 2) hin erstreckt, wo er ein mit einer Anschlußschraube 56 versehenes Anschlußstück bildet. Der Rahmen ist mittels einer Schraube 58 an der Frontwandung 22 befestigt und mit zwei abstehenden parallelen Zinken 60 und 62 (Fig. 4) versehen, die der Befestigung anderer Teile des Arbeitsmechanismus 50 dienen, beispielsweise eines Justierhebels 64, eines Auslösehebels bzw. Kompensationsbimetalls 66, eines Kontaktträgers 68, eines Rückstellstiftes 70 und einer Druckfeder 72. Der Arbeitsmechanismus dient zum Andrücken und Abheben des Kontaktträgers 68 mit einem beweglichen Kontakt 76 an einen bzw. von einem feststehenden Kontakt 74 zum Zwecke des öffnens und Schließens eines Stromkreises.

Der feststehende Kontakt 74 ist auf dem oberen Ende

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eines U-förmigen Anschlußstückes 78 montiert, dessen unteres Ende an einer Anschlußlasche 80 befestigt ist, welch letztere sich durch eine öffnung der Frontwandung (Fig. 2) erstreckt, wo sie eine Klemmschraube 82 aufweist. Der Justierhebel 64 ist schwenkbar auf dem Zinken 60 montiert und weist einen unteren Endteil 84 auf, der im wesentlichen unter einem rechten Winkel abgebogen und mit einem Schlitz versehen ist, in welchem der Auslösehebel bzw. das Kompensationsbimetall 66 schwenkbar gelagert ist. Dem Justierhebel 64 ist ein Justierknopf 86 zugeordnet, der drehbar in der oberen Wandung 24 des Gehäuses 20 montiert ist und eine mit dem oberen Ende des Justierhebels 64 zusammenwirkende Nockenfläche 88 aufweist, so daß die Lage des Hebels 64 entsprechend verschiedenen Stromstärken justierbar ist, wie die mit gestrichelten Linien angedeutete Position 64a in Fig. 4 zeigt· Der Justierknopf 86 ist in der US-PS 3 265 831 mehr im einzelnen beschrieben«

Der Auslösehebel 66 weist einen abgebogenen oberen Teil auf, der in seiner eingeklinkten Stellung auf dem oberen Ende des Kontaktträgers 68 aufliegt, wie in Fig. 4 dargestellt, und der in seiner ausgeklinkten Stellung (Fig. 5) nach links zurückgezogen ist, so daß der Kontaktträger 68 unter dem

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Einfluß der Druckfeder 72 seine oberste Stellung einnehmen kann· Eine zwischen dem Auslösehebel 66 und der Trennwand oberhalb des Endteils 84 des Justierhebels 64 angeordnete Druckfeder 94 drängt den Auslösehebel 66 in seine eingeklinkte Stellung (Fig. 4), Das untere Ende des Auslösehebels 66 wirkt mit einer allgemein mit 92 bezeichneten Schiebestückanordnung zusammen, wie später noch beschrieben wird.

Das obere Ende des Kontaktträgers 68 ist in drei Teile unterteilt, nämlich einen auf einer Seite des Zinkens 62 gelegenen Mittelteil 96 und Seitenteile 98, von denen nur einer dargestellt ist und die auf der anderen Seite des Zinkens 62 gelegen sind. Der Zinken 62 führt also den Kontaktträger 68, wenn dieser unter dem Druck der Feder zum Zwecke des öffnens der Kontakte 74 und 76 aufwärts bewegt und wenn der Kontaktträger beim Niederdrücken des Rückstellstiftes 70 zum Zwecke des Schließens der Kontakte und 76 abwärts bewegt wird. Die Kontakte 74 und 76 können in bekannter Weise in den Erregerstromkreis des Schaltschützes geschaltet sein.

Mit Abstand vom feststehenden Kontakt 74 ist ein weiterer

:i 0 9 B Γ .·. / 0 L 2 7

feststehender Kontakt 100 angeordnet, mit welchem der bewegliche Kontakt 76 schließt, wenn der Kontaktträger 68 durch den Auslösehebel 66 freigegeben wird und die Kontakte und 76 unter dem Druck der Feder 72 öffnet. Der Kontakt sitzt auf einer Anschlußlasche 102, die sich durch eine öffnung der Frontwandung 22 des Gehäuses 20 erstreckt und mit einer Klemmschraube 104 zum Anschließen des Kontaktes an einen Stromkreis versehen ist, beispielsweise an einen Alarmstromkreis zum Anzeigen des Auslösezustands des Relais

Obwohl der Auslösehebel 66 als einfacher Hebel dargestellt ist, kann er als Bimetall ausgebildet sein und dient dann in bekannter Weise der Kompensation der Umgebungstemperatur,

Wenn der Kontaktträger 68 durch den Auslösehebel 66 freigegeben ist und sich daher in die in Fig. 5 gezeigte Stellung bewegt, nimmt das Ende 68a des Kontaktträgers 68 den Rückstellstift 70 an seinem unteren Ende mit und bewegt ihn in eine den Auslösezustand anzeigende Stellung, in welcher das andere Ende des Rückstellstiftes 70 weiter aus dem Relaisgehäuse herausragt und damit den Auslösezustand des Relais sichtbar anzeigt. Zur Rückstellung des Relais und zum Schließen der Kontakte 74 und 76 wird der Rückstell-

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stift 70 von Hand entgegen dem Federdruck der Feder 72 niedergedrückt, bis sich das obere Ende des Mittelteils 96 des Kontaktträgers unterhalb des Endteils 90 des Auslösehebels 66 befindet, so daß die Feder 9¹I den Auslösehebel in seine ursprüngliche Stellung zurückstellt, in welcher er über das obere Ende des Mittelteils 96 des Kontaktträgers greift und dadurch den Kontaktträger 68 in seiner in Fig. dargestellten Schließstellung verriegelt. Während der Rückstellung drückt ein über das untere Ende des Rückstellstiftes 70 hinausragender Vorsprung 70a das federähnliche Anschlußstück 78 nieder, auf welchem der feststehende Kontakt 7¹* montiert ist, und hält diesen Kontakt in seiner Offen-Stellung. Beim Loslassen des Rückstellstiftes 70 hebt eine Druckfeder 104 den Rückstellstift so weit an, daß die federartige Anschlußlasche 78 mit dem feststehenden Kontakt 74 in die Schließstellung mit dem Kontakt 76 zurückfedern kann.

Der Betätigungsmechanismus des Relais weist pro Phase ein Bimetall 52 und eine Schiebestückanordnung 92 zum Umsetzen der Bimetallbiegungen in eine Auslösebewegung des Auslösehebels 66 auf. Die Bimetalle 52 sind jeweils mit einer elektrischen Anschlußvorrichtung versehen, die ein

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Anschlußstück 112, eine Klemmschraube 11*4 (Fig. 3 und 4), ein flexibles Leiterstück 116 und ein Verbindungsstück 118 aufweist. Die Bimetalle selbst bestehen aus einem Heizelement 106, dem eigentlichen Bimetall 108 und einer dazwischenliegenden Isolierscheibe 110, wie in Fig. 8 dargestellt. Weiterhin weist jedes Bimetall 52 einen Montagewinkel 120, eine isolierende Unterlagscheibe 122, eine elektrisch leitende Unterlagscheibe 124, ein Isolierstück 126, ein Zwischenstück 128, zwei Isolierhülsen l60, eine weitere isolierende Unterlagscheibe 132 und Schrauben 13¹I und 136 auf. Die Schraube 13¹I ist in eine Bohrung 138 des Verbindungsstückes 118 und die Schraube 136 in eine Bohrung I¹IO des Montagewinkels 120 eingeschraubt. Der Montagewinkel 120 ist mittels der Schraube 42 am Anschlußstück 40 befestigt. Der Stromkreis durch den Betätigungsmechanismus 52 verläuft von der Anschlußlasche 112 aus durch das Kabel 116, das Verbindungsstück 118 und durch die Schraube 134 zum Zwischenstück 128, dann durch den rechten Schenkel des Bimetalls abwärts und den linken Schenkel des Bimetalls aufwärts, weiter durch die elektrisch leitende Unterlagscheibe 124, von da aus durch den linken und den rechten Schenkel des Heizelements 106, durch den Montagewinkel 120 hindurch und zum Anschlußstück 40. Fließt ein Überstrom durch das Heizelement 106, so biegt sich das Bimetall 108 durch (in Fig.

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nach rechts). Gemäß Fig. 8 weisen die Bimetalle 108 an ihren unteren Enden jeweils einen Ansatz 142 auf, der mit der Schiebestückanordnung 92 zusammenwirkt.

Wie am besten aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, besteht die Schiebestückanordnung 92 aus zwei Schiebestücken 144 und 146 und aus einem Hebel 148. Der Hebel ist auf dem Schiebestück 146 um einen festen Drehpunkt schwenkbar gelagert und greift mit einem Vorsprung 162 unmittelbar am Auslösehebel 66 an. Die als flache Teile dargestellten Schiebestücke 144 und 146, die in derselben Ebene verschieblich sind, weisen Teile 150, 152 und bzw. 156, 158 und 160 auf, die jeweils mit den Ansätzen der Bimetalle 108 zusammenwirken. Die Ansätze 150, 152 und 154 des Schiebestücks 144 liegen dabei unmittelbar an den sich schwächer dehnenden Seiten der Bimetalle und die Ansätze 156, 158 und I60 des Schiebestücks 146 liegen unmittelbar an den sich stärker dehnenden Seiten der Bimetalle an. Das Schiebestück 144 greift an einem zwischen dem Drehpunkt 168 und dem Vorsprung 162 des Hebels 148 gelegenen Ansatz 164 des Hebels an. Auf seiner dem Schiebestück 144 zugewandten Seite weist der Hebel 148 eine Aussparung 166 auf (Fig. 4), welche den querverlaufenden Teil 154 des Schiebestücks 144 aufnimmt.

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Der eben beschriebene Betätigungsmechanismus arbeitet folgendermaßen: Tritt in allen Phasen des Stromkreises eine symmetrische überlastung auf, so biegen sich alle Bimetalle (von denen angenommen sei, daß ihre sich stärker dehnenden Seiten in den Fig. 4 bis 7 rechts liegen) nach rechts durch und die an den Teilen 150, 152 und 154 des Schiebestückes anliegenden Ansätze 142 der Bimetalle schieben das Schiebestück 144 ebenfalls nach rechts. Diese Verschiebung des Schiebestückes 144 wird über den Hebel 148 auf das andere Schiebestück 146 übertragen, welches, wenn es nicht zurückgehalten wird, sich zusammen mit dem Schiebestück 144 verschiebt. Folglich verschiebt sich die Schiebestückanordnung 144 bis 148 als Gesamtheit und ohne Relativbewegung zwischen den beiden Schiebestücken 144 und 146 im Sinne des Ausklinkens des Auslösehebels 66 in seine in Fig. 6 mit strichpunktierten Linien 66a dargestellte ausgeklinkte Stellung, so daß das Relais öffnet.

Kühlen die Bimetalle 108 nach dem Auslösen des Relais ab, so schieben die an den Teilen 156 bis 160 des Schiebestückes 146 anliegenden Ansätze 142 der Bimetalle die gesamte Schiebestückanordnung in ihre ursprüngliche, in Fig. 6 dargestellte Stellung zurück, so daß das Relais in der oben beschriebenen Weise rückgestellt werden kann.

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Beim Auftreten eines asymmetrischen Überlastzustands biegen sich nur die den überlasteten Phasen zugeordneten Bimetalle durch, während die den anderen Phasen zugeordneten Bimetalle in ihrer normalen Stellung verbleiben. Polglich verschieben die sich nach rechts durchbiegenden Bimetalle, die gemäß Fig. 7 mit den Teilen 152 und 154 des Schiebestückes 144 zusammenwirken, das letztere in der oben beschriebenen Weise ebenfalls nach rechts. Da jedoch der Ansatz l42a des der nicht überlasteten Phase zugeordneten und daher sich nicht durchbiegenden Bimetalls am Teil 156 des Schiebestückes 146 anliegt und eine Verschiebung desselben zusammen mit dem Schiebestück 144 verhindert, verschiebt sich das Schiebestück 144 relativ zum Schiebestück 146 und drückt bei 164 gegen den Hebel 148, so daß er diesen nach rechts um seinen Drehpunkt 168 schwenkt. Dadurch wird der Auslösehebel 66 in der oben bezüglich des symmetrischen Überlastzustands beschriebenen Weise, jedoch sehr viel schneller in seine ausgeklinkte Stellung geschwenkt, da der am Auslösehebel 66 angreifende Punkt 162 nunmehr eine Drehbewegung anstelle einer nur geradlinigen Bewegung ausführt, denn die Geschwindigkeit der Auslösebewegung ist dem Verhältnis der Strecke a (Fig, 7) zwischen den Punkten 168 und 162 zur Strecke b zwischen den Punkten 168 und 164 direkt proportional. Da asymmetrische überlast-

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zustände sehr zerstörend auf Verbraucher, beispielsweise Elektromotoren, wirken können, ist das beschleunigte Ansprechen des Relais auf asymmetrische Überlastungen äußerst vorteilhaft.

Damit auch ein manuelles Auslösen des Relais möglich ist, weist das Schiebestück 144 der dargestellten Ausführungsform einen von Hand betätigbaren, aus dem Relaisgehäuse herausragenden Teil auf, wie in den Fig. 4 bis 7 dargestellt ist«

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Claims

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Patentansprüche

ίlejMehrphasenrelais zum Steuern von Schaltschützen, mit einem das Relais in einer seiner Betriebsstellungen haltenden Auslöser, ferner mit dem Auslöser in Abhängigkeit von vorgebbaren überlast-Grenzwerten und Phasen-Asymmetrie-Grenzwerten im Sinne eines öffnens des Schützes betätigenden Mitteln, die jeweils einer Phase zugeordnete und gleichsinnig biegefähige Bimetalle aufweisen, und mit einer Schiebestückanordnung zum Umsetzen der Bimetallbiegungen in eine Auslösebewegung des Auslösers, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebestückanordnung (92) aus zwei gegeneinander parallel verschiebbaren Schiebestücken (144, 146) und einem am einen der beiden Schiebestücke (146) um einen festen Drehpunkt (168) schwenkbar angelenkten Hebel (148) besteht, welch letzterer an einem von seinem Drehpunkt entfernten Punkt (162) unmittelbar am Auslöser (66) angreift, und daß das eine Schiebestück an den sich stärker dehnenden Seiten der Bimetalle (10 8) anliegende Teile (156, 158, 160) und das andere Schiebestück (144) an den sich schwächer dehnenden Seiten der Bimetalle anliegende Teile (150, 152, 154) aufweist und an einem zwischen dem Drehpunkt des Hebels und dessen Angriffspunkt am Auslöser gelegenen Punkt (164) in Richtung zum Auslöser

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hin am Hebel angreift, derart, daß sich bei gleichzeitiger Durchbiegung aller Bimetalle eine geradlinige Verschiebung der gesamten Schiebestückanordnung und bei einer Durchbiegung von weniger als allen Bimetallen eine Verschiebung des genannten anderen Schiebestückes relativ zum genannten einen Schiebestück und folglich eine Schwenkbewegung des Hebels ergibt«
2. Mehrphasenrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schiebestücke (1*14, 146) als flache Teile ausgebildet und in einer gemeinsamen Ebene verschiebbar sind.
3. Mehrphasenrelais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte andere Schiebestück (144) einen von Hand betätigbaren Vorsprung aufweist, der das Auslösen des Auslösers (66) von Hand ermöglicht,
4. Mehrphasenrelais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von Hand betätigbare Vorsprung des anderen Schiebestückes (144) durch eine Gehäuseöffnung aus dem das Schütz beherbergenden Gehäuse (20) herausragt.

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