DE327254C - Selbstregelndes Maximalzeitrelais nach dem Ferraris-Prinzip - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Relais,

welches für Hochspannungsanlagen bestimmt ist und dazu dient, Maschinen und Apparate vor den schädlichen Folgen von Kurzschlüssen und Überlastungen zu schützen, indem es in solchen Fällen die Stromzufuhr abschaltet.

Das Relais beruht auf dem Ferraris-Prinzip

oder dem Drehfeldprinzip, d. h. sein aktiver Teil ist eine Scheibe aus Aluminium o. dgl.,

ίο die durch eine Drehfeldkomponente eines Wechselstrommagnetes bei Überschreitung einer gewissen Belastung des Netzes in Umdrehung versetzt wird und den Relaisschalter bzw. einen Hilfsstromkreis schließt, in dem ein Elektromagnet o. dgl. liegt, der den Hauptschalter (Ölschalter o. dgl.) öffnet, also bei Kurzschluß oder ähnlicher Gefahr das Netz abschaltet.

Im besonderen betrifft die Erfindung die

zo eigenartige Ausbildung des Relais, die es befähigt, in neuer Weise eine.an sich bekannte Aufgabe zu erfüllen, nämlich nicht nur dann eine Abschaltung des Netzes zu veranlassen, wenn eine bestimmte Höchststromstärke überschritten wird, sondern auch dann, wenn bei einem Strombedarf, der weit unter jener Höchstgrenze liegt, ein durch Kurzschluß oder sonstige Störungen hervorgerufenes plötzliches Anwachsen der Stromstärke eintritt.

Die Bedeutung dieser Einrichtung geht aus folgendem Beispiel hervor:

Der Stromverbrauch eines Netzes wechselt innerhalb 24 Stunden zwischen 50 und 200 Amp. Das Maximalrelais muß demgemäß auf ungefähr 250 Amp. eingestellt sein, damit ein Stromstoß von 50 Amp. die Abschaltung des Netzes herbeiführt. Zu jenen Tageszeiten aber, bei welchen sich der Stromverbrauch auf einer Höhe von etwa 50 bis ι OQ Amp. hält, führt eine plötzliche Überschreitung dieser Stromstärke um 50 Amp. und mehr noch keine Abschaltung des Netzes herbei, sondern es sind dazu ungefähr 150 bis 200 Amp. erforderlich, d. h. also eine plötzliche Überschreitung der normalen Stromstärke, welche die Maschinen und Apparate schon in hohem Maße gefährdet.

Das neue Relais stellt sich nun selbsttätig auf die dem jeweiligen ordnungsmäßigen Bedarf entsprechende Stromstärke ein und veranlaßt bei einer raschen Steigerung dieser Stromstärke die Abschaltung des Netzes um so rascher, je höher schon vorher die normale Stromstärke war, auf die sich das -Relais eingestellt hatte, demgemäß also unter Umständen gar nicht, wenn vorher die Stromstärke noch weit von der zulässigen Grenze entfernt war.

■ Im wesentlichen beruht diese Wirkungsweise des Relais erfindungsgemäß darauf, daß die durch das erregende Drehfeld hervorgerufene Drehung der Laufscheibe nicht nur zur Steuerung des Maximalschalters verwendet ist, sondern auch eine die Scheibe aus dem Drehfeld entfernende-, durch ein Hemmwerk verzögerte Schwenkbewegung veranlaßt.

Das in der Zeichnung veranschaulichte Ausführungsbeispiel diene zur weiteren Er- · läuterung des Erfindungsgegenstandes. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung des Apparates mit Schaltung.

Die Aluminiumscheibe ι ist drehbar in der ■ um die Achse 2 schwingenden Lagergabel 3 gelagert. Zum Ausgleich des Gewichtes der Scheibe 1 und der Lagergabel 3 sowie der später noch zu beschreibenden Uhrwerksteile dient ein Gegengewicht 5. Der das Gegengewicht S tragende Arm der Gabel 3 steht unter dem Zuge einer Feder 6, findet aber eine Bewegungsbegrenzung an dem Anschlagwinkel 7.

Auf der Welle der Scheibe 1 ist ein Zahnrad 8 befestigt, das im Eingriff steht mit einem Zahnrad 9, das ebenfalls in der Gabel 3 gelagert ist und seinerseits in ein weiteres in der Gabel 3 gelagertes Zahnrad 10 eingreift. Mit dem. Rad 10 verbunden, und zwar gegebenenfalls über der Scheibe 21 einstellbar, ist ein- Arm 11 mit einem seitlich hervorragenden Stift 12, in dessen Bahn der eine Arm des zweiarmigen Hebels 13 liegt, dessen anderer Arm die Stromschluß feder 16 zur Überbrückung der Stromschlußstücke 14 und 15 eines Hilfsstromkreises 17 trägt, in welchem, die Spule 18 des Hauptschalters (ölschalters) ^a5 19 eingeschaltet ist.

Der Wechselstrommagnet 4 ist so eingerichtet, daß der mit Hilfe des Stromwenders 20 einer Phase des Netzes entnommene, stets einen gewissen Teilbetrag des Gesamtstrdmes ausmachende Strom, der seine Spule durchfließt, eine Umdrehung der Scheibe 1 im Sinne des eingezeichneten Pfeiles veranlaßt. Die Drehbewegung der Scheibe 1 wird mit Hilfe der Zahnräder 8, 9 und 10 auf den Arm 11 übertragen und bewegt diesen *auf den zweiarmigen Hebel 13 zu, so daß, wenn die Drehung der Scheibe 1 eine bestimmte Größe oder Zahl von Umdrehungen erreicht hat, der Hilfsstromkreis bei 14 und 15 geschlossen und damit der Elektromagnet 18 unter Strom gesetzt wird, der dann den Hauptschalter 19 öffnet.

Die Zeit, innerhalb welcher nach der Ingangsetzung der Scheibe 1 die Abschaltung des Netzes erfolgen soll, kann in Sekunden an der Skala der Scheibe 21 eingestellt werden. Gleichachsig mit dem Zahnrad 9 ist ein loses Zahnrad 22 angeordnet, das vom Zahnrad 9 mit Hilfe einer Uhrfeder (Schleppfeder) 23 mitgenommen werden kann, deren äußeres Ende, bei 24, am Zahnrad 9 festgemacht ist, während ihr- inneres Ende mit dem Rad 22 fest verbunden ist.

Diese Feder 23 hat die Aufgabe, bei Drehung des Rades 9 dem Rad 22 einen Antrieb zu. erteilen, ihm aber (unter Spannung der Feder) zu erlauben, hinter dem Rad 9 zurückzubleiben. Sie steht unter einer gewissen Anfangsspannung, so daß der am Rad 22 angebrachte Stellungsstift 25 im Ruhezustand hinter dem das äußere Ende der Uhrfeder erfassenden Stift 24 des Rades 9 liegt. Er würde, sich bei Drehung des Rades 9 dicht hinter den Stift 24 her bewegen, wenn das Zahnrad 22 nicht gehemmt wäre.

Nun steht aber das Zahnrad 22 im Eingriff mit dem Zahnrad 26 eines Hemmwerkes, das ebenfalls auf der Gabel 3 bzw. einem seitlichen Anbau dieser Gabel-gelagert ist. Das Rad 26 treibt mittels Sperrklinke 27, Sperrad 28, Zahnrad 29, Zahnrad 30· das Steigrad 31 an, auf welches das zweckmäßig einstellbare Pendel 32 regelnd einwirkt.

Das Zahnrad 22 greift ferner in ein feststehendes, um die Achse 2 gekrümmtes Zahnsegment 33 ein, so daß eine Drehung des Zahnrades 22 ein Abwälzen dieses Zahnrades auf dem Zahnsegment und somit eine Schwingbewegung deer Lagergabel 3 mit allen darauf angebrachten Teilen zur Folge hat.

Das Zahnsegment 33 kann durch eine Kulisse 34, deren Einstellung mit Hilfe des Zeigers 35 an der Skala 36 ablesbar ist, mehr oder weniger überdeckt werden, so daß dadurch die Wälzbewegung des Rades 22 be-' 'grenzt wird.

, Die Abwälzung des Rades 22 auf dem Zahnsegment 33 hat den Zweck und die Wirkung, daß die Scheibe 1 aus dem Drehfeld des Magnetes 4 herausbewegt wird, gegebenenfälls so lange, bis sie zur Ruhe kommt.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung- seien drei verschiedene Fälle näher betrachtet:

Erstens: Das Netz wird (gegen Abend) langsam belastet. Das Relais, dessen Einstellung der Tagesbelastung von beispielsweise 50 Amp. entsprach, beginnt bei 55 Amp. langsam anzulaufen. Der Schaltarm 11 wird also langsam im Uhrzeigersinn gedreht. Zu- i_Q0 gleich wird die Uhrfeder 23 aufgezogen, und es fängt nun auch das vom Pendel 32 geregelte Uhrwerk an zu laufen. Das Rad 22 wälzt sich auf dem Zahnsegment 33 ab und bewegt die Scheibe 1 langsam fortschreitend aus dem Drehfeld des Magnetes 4 heraus. Dabei wird das auf die Scheibe 1 einwirkende Drehmoment fortschreitend verringert, in einem Maße, daß die Drehung der Scheibe 1 nicht rascher vor sich geht, als das Uhrwerk ablaufen kann. Mittels der Lagergabel 3 wird gleichzeitig auch die Feder 6 gespannt, und schließlich halten sich Feder 6 und Dreh- " moment an der Scheibe 1 das Gleichgewicht, beispielsweise bei 200 Amp.

Der inzwischen fortgeschrittene Arm 11 ist mit dem Räderwerk ebenfalls wieder zum Stillstand gekommen, bevor er mittels des Hebels 13 den Relaisschalter schließen könnte.

Zweitens: Die Belastung des Netzes beträgt wieder 5.0 Amp. Die Scheibe 1 befindet sich hierbei wieder vollständig im Drehfeld

Claims (4)

des Magnetes 4. Nun erfolgt ein rascher Stromstoß von ungefähr 100 bis 150 Amp. Dadurch wird Scheibe 1 in rasche Umdrehung versetzt. Auch das Uhrwerk fängt wieder zu laufen an, aber es vermag infolge der Pendelhemmung die Scheibe 1 nicht schnell genug aus ihrem Drehfeld herauszuschwenken. Infolgedessen kommen die Räder 8,. 9 und 10 nicht mehr zum Stillstand, bis der Anschlagstift 12 des Armes 11 mittels des Schalterhebels 13 den Hilfsstromkreis 17 geschlossen und dadurch den Hauptschalter 19 geöffnet hat. Drittens: Das Netz wird, z. B. abends, 'langsam bis auf etwa 200 Amp. belastet. Es wiederholen sich die bei Fall 1 beschriebenen Vorgänge, und das Relais spielt sich, am Zeiger 35 und der Skala 36 ablesbar, auf 200 Amp. ein und kommt wieder" zur Ruhe. Nun erfolgt aber aus irgendeinem Grunde eine weitere, d. b. unzulässige Belastung des Netzes, z. B. durch Kurzschluß ο. dgl. Nun beginnt die Scheibe 1 wieder zu laufen. Dann läuft aber das Rad 22 auf· die seine Wälzbewegung beschränkende Kulisse 34, so daß das Herausschwingen der Scheibe 1 aus dem Drehfeld und der Lauf des Uhrwerks sein Ende finden. Dagegen läuft die Scheibe 1 und der Arm 11 weiter, so daß* wieder das Schließen des Hilfsstromkreises und das Öffnen des Hauptstromkreises zustande kommt, beispielsweise bei etwa 25o"Amp., d. h. bei derjenigen Stromstärke, die an der Skala 36 eingestellt ist. Bemerkenswert ist, daß dann, wenn die Strombelastung ohnehin schon groß ist, die Abschaltung des Netzes schon bei geringer Überschreitung dieser Höchststromstärke erfolgt, daß aber anderseits auch schon bei ganz geringer Strombelastung ein gefahrbringender Stromstoß die Abschaltung des Netzes herbeiführt, selbst wenn der Stromstoß noch lange nicht an die höchstzulässige Stromstärke (bei normalem Betrieb) heranreicht. Beim Abnehmen der Belastung bringt die Feder 6 die Lagergabel 3 in ihre ursprüngliche Lage zurück. Scheibe 1 dreht sich dabei rückwärts, wobei der Sperrkegel 27 im Uhrwerk, der bisher als Kupplungsglied diente, rückwärts über sein Sperrad 28 gleitet. Bei dem vorbeschriebenen Aüsführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Verringerung des auf die Scheibe 1 ausgeübten Drehmomentes dadurch geschieht, daß die Scheibe 1 aus den ruhenden Polen des Magnets 4 herausgeschwungen wird. Man könnte natürlich auch die Einrichtung so treffen, daß-die Drehachse der Scheibe 1 ihre Lage im Räume nicht verändert und dafür der Magnet 4 ausgeschwungen wird. Eine solche Anordnung wäre jedoch aus dem Grund weniger zweckmäßig, weil die verhältnismäßig große Masse des Magnetes 4 ein unerwünscht großes Trägheitsmoment in das System hereinbringen würde. # Pate ν τ-A ns ρ rüche':

1. Selbstregelndes Maximalzeitrelais nach dem Ferraris-Prinzip, bei dem die Laufscheibe sich aus dem Drehfeld herauswälzen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzbewegung der Laufscheibe durch deren Drehbewegung veranlaßt, aber der Verzögerung durch ein Hemmwerk ausgesetzt ist, das die auch zur Bedienung des Schalters benutzte Drehbewegung der Laufscheibe nicht hemmt.

2. Relais nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen einstellbaren An-. schlag (34), der die das Entfernen der Laufscheibe aus dem Drehfeld bewirkende Wälzbewegung begrenzt. ·

3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen der Wälzbewegung der Laufscheibe von der Vorrichtung zum Übertragen ihrer Drehbewegung auf die Schaltersteuerung über eine Schleppfeder (23) angetrieben ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.