DE301035C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Gegenstand der Erfindung bildet ein elektro magnetisches Zeitrelais, welches zum Unterschied von den bereits bekannten Zeitrelais den Vorteil hat, derart billig und zusammengedrängt hergestellt werden zu können, daß dem Zeitrelais als solchem hierdurch ein neues großes Anwendungsgebiet erschlossen wird.

Das vorliegende Zeitrelais eignet sich u. a. besonders zum Einbau in kleine Schaltkästen.

ίο Die unbequem großen Abmessungen der bisherigen Apparate rühren hauptsächlich davon her, daß deren Elektromagnet die Massenträgheit des ruhenden Hemmwerkes zu überwinden hat, wenn seine Zugkraft am kleinsten ist. Dies erfordert natürlich eine große Amperewindungszahl und beträchtliche Eisenmassen, welche letztere zum Teil ebenfalls angetrieben werden müssen.

Die Erfindung ermöglicht, die genannten Mängel zu beseitigen. Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Anker eines die verzögerte Betätigung einer Kontakt- oder Klinkvorrichtung bewirkenden Elektromagneten unter dem Einfluß des ihn erregenden elektrischen Stromes zunächst einen Teil seines Hubes ungehindert und lose durchlaufen, somit einen größeren Kraftlinienfluß erzeugen und gleichzeitig eine gewisse lebendige Kraft erlangen kann; erst dann'trifft er auf ein Hemmwerk und setzt es rein mechanisch derart in Gang, daß dabei ein Gewicht gehoben oder eine Feder o. dgl, gespannt wird; diese Organe in Verbindung mit einem Sperrgetriebe oder einer sonstigen Entkupplungsvorrichtung reichen hernach aus, um das Hemmwerk in an sich bekannter Weise unabhängig von der Rückwärtsbewegung des Ankers sofort wieder für eine neue Hemmung bereit zu stellen. Durch eine solche Anordnung wird der Zweck erreicht, die Massenträgheit des ruhenden Hemmwerkes mit einer verhältnismäßig sehr geringen Amperewindungszahl rasch und sicher zu überwinden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. In Fig. ι wurde angenommen, daß in Verbindung mit einem dreipoligen selbsttätigen Schalter und einer Minimalspannungsauslösung zwei einpolige elektromagnetische Zeitrelais gemäß der Erfindung dazu dienen sollen, einen Niederspannungs-Dreiphasenmotorstromkreis durch Abschalten vom Netz vor schädlichen Überlastungen zu schützen.

Fig. 2 zeigt in ihrer linken Hälfte den Erfindungsgegenstand teilweise in Vorderansicht, teilweise im Schnitt, in ihrer rechten Hälfte denselben gänzlich in Vorderansicht.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 2.

Fig. 4, 5 und 6 zeigen Einzelheiten des gezeichneten Ausführungsbeispieles.

Fig. 7 und 8 zeigen schematisch weitere Anordnungen gemäß der Erfindung.

An einem Niederspannungs-Dreiphasenstromkreis 1 ist ein nicht dargestellter Motor unter Vermittlung eines dreipoligen Schalters 2, der unter der Wirkung einer durch ein Klinkwerk 4 an der Ausübung ihrer Kraft verhinderten Feder 3 steht, angeschlossen. Eine Minimalspannungsspule 5, welche hinter dem Schalter einphasig angeschlossen ist, kann beim Ausbleiben der Spannung das Klinkwerk 4 mit

ihrem Kern ausklinken, so daß die Feder 3 den Schalter 2 öffnet. In dein Stromkreis der Spannungsspule 5 liegt eine für gewöhnlich auf dem am Netz angeschlossenen Kontakt 7 aufruhende Kontaktfeder 6. Das öffnen dieses Stromkreises kann durch Anheben eines Hebels 8 sowohl vom einen als auch vom andern der zwei direkt in den Hauptstromkreis eingeschalteten elektromagnetischen Zeitrelais 9, 10 geschehen.

Letztere sind in der Fig. 2 näher veranschaulicht, jedoch wurden die Magnetwicklungen der Deutlichkeit halber weggelassen. Jede Magnet wicklung ist auf einer Spule 11 untergebracht, in welcher als Führung für einen Anker 12 ein dünnwandiges, der Länge nach aufgeschlitztes Messingrohr 13 sich befindet. Der Anker 12 besteht aus einem aufgeschlitzten Weicheisenrohr mit einem Lappen 14 an seinem unteren Ende. Der Schlitz dient wie sonst die Lamellierung zum Unschädlichmachen der Wirbelströme, die in Metallteilen, welche von Wechselströmen umflossen werden, auftreten. Ein solcher Anker ist bei weitem billiger herstellbar als ein aus einzelnen gestanzten, voneinander isolierten Blechen zusammengesetzter und bietet noch den Vorteil, daß man eine runde anstatt einer teuern viereckigen Spule verwenden kann.

Für gewöhnlich ruht der Anker 12 auf einer Mutter 15, welche der Höhe nach an einem Gewindebolzen 16 einstellbar ist, so daß damit der Hub des Ankers, je nachdem es der Betrieb erfordern sollte, für verschiedene Auslösestromstärken verändert werden kann. Der obere Teil des Ankers 12 trägt einen Stift 17, welcher bei der Bewegung des Ankers in die Spule einen an einer Achse 19 befestigten Arm 18 heben kann, welch letzterer hierbei die Achse 19 dreht. Mit dieser ist ein Hebel 20 (identisch mit Hebel 8, Fig. 1) fest verbunden. Dreht sich die Achse 19, so hebt das isolierte Ende des Hebels 20 die schematisch gezeichnete Feder 6 vom Kontakt 7 ab (vgl. auch Fig. 1). Die Spulen der beiden Relais 9 und 10 sind nebeneinander an einem gemeinschaftlichen, bei 22 aufgeschlitzten Magnetjoch 21 angebracht.

Im oberen Teil des Magnet] oches befindet sich ein aufgeschlitzter Magnetpol 23 aus Weicheisen, welcher in die Spule 11 hineinragt und durch welchen der Stift 17 sich hindurchbewegen kann. Neben der Regulierschraube 15 ist eine Skala 24 vorgesehen, um das Einstellen der Auslösestromstärke zu erleichtern. Die linke Hälfte der Fig. 2 zeigt den Anker 12 beim untersten Teilstrich, die rechte Hälfte dagegen beim obersten Teilstrich des Regulierbereiches.

Mit 25 ist eine Geradführung für den Anker 12 angedeutet.

Im Hubbereich des Lappens 14, jedoch höher als die Gradabteilung 24, liegt in den Schlitzen 27 zweier miteinander gekuppelter Scheiben 28 ein Stift 26. Dieser ste'ht unter dem 6g Einfluß einer V-förmigen Feder 29 (Fig. 4), welche zwischen den beiden Scheiben 28 angebracht ist. Letztere sitzen fest auf einer Achse 30, an welcher das eine Ende einer Spiralfeder 31 (Fig. 5) befestigt ist, während deren anderes Ende mit einem Stein 32 starr verbunden ist. Dieser Stein ist mittels einer Schraube 33 einstellbar und kann hiermit die an einer Gradabteilung 34 ablesbare Zeitdauer, nach welcher ein Abschalten durch das Relais erfolgen soll, verändert werden.

Mit der Achse 30 fest verbunden ist außerdem ein Sperrad 35 (Fig. 6), durch welches unter Vermittlung einer federbeeinfiußten Klinke 36 ein Rad 37 mitgenommen werden kann. Letzteres ist das Triebrad eines Hemmwerkes, das als letztes angetriebenes Glied einen Windflügel 38 aufweist. Die Wirkungsweise des geschilderten Relais ist nun die folgende:

Entsteht infolge Störung in einer der drei 8g Phasen oder zwischen zwei Außenleitern ein Kurzschluß, so daß ein übermäßig hoher Strom durch die Windungen einer der beiden Relaisspulen fließt, so wird der betreffende Anker 12 so kräftig emporgezogen, daß der Lappen 14 an den Stift 26 anschlägt und diesen unter Überwindung der Wirkung der V-förmigen Feder 29 in den Schlitzen 27 nach oben bewegt. Die hierzu nötige Energie hat der Anker aufgespeichert, während er die Strecke der Gradabteilung 24 völlig widerstandsfrei durchlief. In der Endlage des Stiftes 26 ist durch den Ankerstift 17 auch der Hebel 18 emporgehoben, die Achse 19 dementsprechend gedreht und der Hebel 20 ebenfalls angehoben iöo worden, welch letzterer dabei den Kontakt zwischen 6 und 7 unterbrach, so daß die Spule 5 (Fig. 1) spannungslos wurde, ihren Kern fallen ließ und so das Klinkwerk 4 auslöste, worauf die Feder 3 den dreipoligen Schalter 2 öffnete und dadurch der Motor samt den zugehörigen Hilfsapparaten vom Netz 1 abgeschaltet wurde.

Entsteht hingegen bloß eine Stromerhöhung, welche erst nach längerer Dauer schädlich no werden müßte, ein sofortiges Abschalten des Motors also nicht erfordert, so wird der Anker 12 bei der durch die Mutter 15 gemäß der Skala 24 eingestellten Stromstärke zwar ebenfalls in die Spule 11 hineingezogen werden, aber den Regulierbereich der Gradabteilung 24 bedeutend langsamer als im vorherigen Falle durchlaufen. Die Bewegung des Ankers 12 wird dann durch den an den Stift 26 anstoßenden Lappen 14 aufgehalten, indem die Energie nicht ausreicht, die Kraft der V-Feder 29 zu überwinden, der Stift demnach als mit

den beiden Scheiben 28 festgekuppelt zu betrachten ist. Dauert die Überlastung an, so wird der Anker noch weiter in die Spule 11 gezogen, wobei der Lappen 14 mittels des Stiftes 26 die beiden Scheiben 28 und mit ihnen die Achse 30 dreht (in der Richtung des Pfeiles der Fig. 4). Bei dieser Bewegung muß die Gegenkraft ,der Spiralfeder 31 (Fig. 5) überwunden und gleichzeitig unter Vermittlung des Sperrades 35, der Sperrklinke 36 und des Triebrades 37 das Hemmwerk mit Windflügel 38 angetrieben werden Je nach der Größe des Überstromes wird eine bestimmte Zeitdauer erforderlich sein, bis der Stift 17 den Hebel 18 so hoch hebt, daß der Kontakt zwischen 6 und 7 aufgehoben ist. Diese Zeitdauer kann durch Spannen der Feder 31 mittels der Schraube 33 gemäß der Skala 34 während des Betriebes gefahrlos vergrößert werden. Die Zeiteinstellung könnte auch durch Verstellen der Scheiben 28 gegen ihre Endlage zu erfolgen. Für andere Überlastungen ist die jeweilige Zeitdauer rechnerisch leicht zu ermitteln, da letztere gegenüber dem an der Skala 34 abgelesenen Werte annähernd in dem Maße größer wird, als die betreffende Überlastung den zu Grunde gelegten, z. B. iob Prozent, gegenüber kleiner ist. Es kann aber auch eine Tabelle hergestellt werden, aus welcher für die meist interessierenden prozentualen Überlastungen 20, 30, 40, 50 usw. die wirklichen Auslösezeiten ohne Rechnung direkt ablesbar sind.

Hört die Überlastung auf, bevor der Anker 12 seine Höchstlage erreicht hat, d. h. bevor noch ungefähr 95 Prozent der Verzögerungszeit verstrichen sind, so fällt der Anker momentan in seine Ruhelage zurück. Auch die Scheiben 28 kehren samt der Achse 30 infolge der sich zum Teil entspannenden Feder 31 in ihre Ruhelage, welche durch einen Anschlag 39 gegeben ist, zurück. Dabei ist das Hemmwerk entkuppelt, indem das Sperrad 35 sich unter der Klinke 36 hindurchbewegt (entgegengesetzt zu der in Fig. 6 eingezeichneten Pfeilrichtung).

Bei entsprechender Wahl von Stromwandlern kann das Relais für jede Stromstärke und jede Betriebsspannung verwendet werden.

Da der Anker einen völlig freien Hub ausführen· kann, welcher die obere Reguliergrenze für die Auslösestromstärke übersteigt, so wird die Zeiteinstellung von der Einstellung des Ankers bzw. der Stromstärke nicht beeinflußt.

Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, sind sowohl das Hemmwerk als auch die Kontaktvorrichtung seitlich statt in der Verlängerung des Ankers angeordnet, zum Zwecke, die Bauhöhe des Apparates möglichst klein zu erhalten.

Das vorbeschriebene zweipolige Zeitrelais eignet sich außer für Drehstrom und Zweiphasenwechselstrom ohne weiteres auch für Einphasenwechselstrom und Gleichstrom, doch genügt hier einpolige Ausführung.

Trotzdem kein lamelliertes Eisenblech zur Anwendung kommt, sind die Magnetisierungsverluste infolge der kleinen Amperewindungszahl, welche zum Antrieb des Hemmwerkes nötig ist, sehr gering. Besonders wenn, wie in Fig. 2 gezeichnet, das Einstellen der Auslösestromstärke vollständig unabhängig von der'Zeiteinstellung erfolgen kann, braucht die Amperewindungszahl nur wenig größer zu sein als bei einem ähnlich gebauten gewöhnlichen Maximalstromrelais.

Durch entsprechende Bemessung der Federn 29 und 31 sowie durch Verwendung einer die Auslösezeit verlängernden Ankerhemmung o. dgl. hat man es in der Hand, auch Motoren mit abnormal hoher Anlaufstromstärke vollständig zuverlässig schützen zu können. Man braucht also nicht zu dem Mittel zu greifen, durch Überbrücken der Relais bzw. der Schmelzsicherungen einen Motor während dessen Anlaufperiode ohne irgendwelche Schutzvorrichtung an das Netz zu schalten.

Statt eine Kontaktvorrichtung zu betätigen, kann das Zeitrelais in bekannter Weise auch unmittelbar auf die Verklinkung des Schalters wirken. ,

Wenn ein automatischer Schalter oder eine Signalvorrichtung nicht nur durch ein Zeitrelais, sondern auch noch durch andere Relais betätigt werden soll, dann ist es zweckmäßig, die Kontaktvorrichtungen all dieser Relais zu einer gemeinsamen Kontaktvorrichtung zu vereinigen. In Fig. 7 ist beispielsweise eine derartige Kombination, bestehend aus zwei einpoligen Zeitrelais 9, 10 und drei einpoligen Minimalstromrelais 40 für einen Niederspannungs-Dreiphasenmotorstromkreis schematisch dargestellt. Hierbei ist angenommen, daß der zwischen den Kontaktfedern 6 und 41 liegende Hebel 8 von den Zeitrelais 9, 10 nach oben, beim Stromloswerden einer Phase vom herabfallenden Eisenkern des Minimalstromrelais 40 jedoch nach unten bewegt werden kann. In beiden Fällen wird der Kontakt zwischen 6 und 41 aufgehoben, die Spule 5 ^l spannungslos und das Klinkwerk 4 gelöst. Statt daß jeder Anker der Zeitrelais auf ein eigenes Hemmwerk einwirkt, können alle Anker ein einziges Hemmwerk gemeinschaftlich haben, wie dies in Fig. 8 schematisch angedeutet ist.

Auch sind noch andere Ausführungsarten möglich. So könnte z. B. der Anker 12, statt eine Spiralfeder 31 (Fig. 5) zu spannen, ein Gewicht- heben oder auf andere Weise Kraft zum Rückwärtsbewegen der Scheiben 28 aufspeichern. Die Feder 29 braucht selbstverständlich nicht speziell V-förmig, sondern kann

ζ. B. spiralförmig und regulierbar sein. Auch könnte der Anker statt einer geradlinigen Bewegung unmittelbar eine Drehbewegung vollführen, sowie als Hemmwerk ein Lederbalg o. dgl. angewendet werden. Der Elektromagnet kann auch z. B. die für Wechselstrom j beliebte Hufeisenform haben. Ebenso kann j die elektrische Kontaktvorrichtung ζ. Β. aus einem luftleeren, Quecksilber enthaltenden Gefäß bestehen, das unter der Einwirkung des Relaisankers einen Betätigungsstromkreis öffnet oder schließt; auch können Hemmwerk und Kontaktvorrichtung unmittelbar ein Ganzes bilden.

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Elektromagnetisches Zeitrelais, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (12) eines die verzögerte Betätigung einer Kontakt- oder Klinkvorrichtung bewirkenden Elektromagneten unter dem Einfluß des ihn erregenden elektrischen Stromes zunächst einen Teil seines Hubes ungehindert und lose durchlaufen, somit einen größeren Kraftlinienfluß erzeugen und gleichzeitig eine gewisse lebendige Kraft erlangen kann, und dann erst ein Hemmwerk rein mechanisch derart in Gang setzt, daß dabei ein Gewicht gehoben oder eine Feder ο. dgl. gespannt wird, welche Organe in Verbindung mit einem Sperrgetriebe oder einer sonstigen Entkupplungsvorrichtung hernach ausreichen, um das Hemmwerk in an sich bekannter Weise unabhängig von der Rückwärtsbewegung des Ankers (12) sofort wieder für eine neue Hemmung bereit zu stellen, zum Zwecke, die Massenträgheit des ruhenden Hemmwerkes mit einer verhältnismäßig sehr geringen Amperewindungszahl rasch und sicher zu überwinden.
2. 2. Zeitrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärkereguliervorrichtung (15) dadurch von der Zeitregulier vorrichtung (33) unabhängig gemacht ist, daß der Anker (12) erst oberhalb der äußersten Stellung der Stromstärkereguliervorrichtung das Hemmwerk antreibt.
3. 3. Zeitrelais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hemmwerk und die Kontaktvorrichtung seitlich statt in der Verlängerung des Ankers angebracht sind, so daß die Bauhöhe des Zeitrelais von diesen Organen unabhängig ist.
4. 4. Zeitrelais nach Anspruch 1 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die

   « von ihm betätigte Kontaktvorrichtung noch von weiteren Zeitrelais und sonstigen Relais betätigt werden kann (Fig. 7).
5. 5. Zeitrelais nach Anspruch 1 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker mehrerer Relais unmittelbar auf ein einziges gemeinschaftliches Hemmwerk einwirken (Fig. 8).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.