DE3840064A1 - Thermisches relais mit schaltwippe - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem thermischen Relais mit in einem Gehäuse untergebrachten Bimetallauslöser, einer Übertragungseinrichtung und einem Hilfsschalter mit einer um eine Lagerachse bewegbaren Schaltwippe, wobei die Übertragungseinrichtung infolge der Bimetallausbiegung durch Auslösen der Bewegung der Schaltwippe den Hilfsschalter schaltet.

Thermische Relais, auch als thermische Überstromrelais oder Überlastungsschutzrelais bezeichnet, dienen als zuverlässiger Motorschutz bei Überlast und Phasenausfall durch Abschaltung des Motors. Die wesentlichen Bauelemente eines solchen thermischen Schutzrelais sind Bimetallauslöser, Übertragungsmechanismus und Hilfsschalter. In der Fig. 1 ist das Funktionsprinzip eines derartigen bekannten Relais dargestellt. Die vom Motorstrom I durchflossenen Bimetallauslöser 100, je Phase ein Bimetallauslöser, die von dem Heizdraht 101 umgeben sind, wirken auf ein Brückensystem 200 mit Auslösebrücke 201 und Differentialbrücke 202. Wenn ein Bimetallauslöser bei Phasenausfall nicht so stark ausbiegt bzw. zurückläuft wie die beiden anderen, dann legen Auslösebrücke und Differentialbrücke verschiedene Wege zurück. Der Differenzweg des Brückensystems wird durch den Betätigungshebel 16 übersetzt und über den Übertragungsmechanismus mit Auslösehebel 17 und stromabhänig einstellbaren Temperaturkompensationsstreifen 300 auf die Schaltwippe 400 übertragen. Die Schaltwippe fährt den Hilfsschalter 500, der als Sprungschalter mit den Öffnerkontakten 95, 96 und galvanisch hiervon getrennten Schließerkontakten 97, 98 ausgebildet ist, an und bringt diesen bei Motorüberlast zum Umschalten und schaltet das Motorschütz und damit den gefährdeten Motor ab. Mit dem Abschalten des Motors wird auch die Energiezufuhr für die mit ihm elektrisch in Reihe liegenden Bimetallauslöser 100 unterbrochen, diese kühlen sich wieder ab und gehen in die Ausgangsstellung zurück. Das Relais weist eine Stromeinstellungseinrichtung 620 auf, mit der es auf unterschiedlichen Motornennstrom einstellbar ist. Die Wiedereinschaltung des Relais kann entweder automatisch A oder von Hand H erfolgen, diese Bedienungsweise ist mittels der Wiedereinschaltsperre 600, die zugleich die Entsperrungstaste bildet und als Reset-Taste bezeichnet wird, einstellbar. Des weiteren ist eine Aus-Test-Taste 650 vorgesehen. Durch Niededrücken der Taste 650 wird der Öffner geöffnet und der Stromkreis des Motorschützes unterbrochen, ohne daß über den Schließerkontakt des Hilfsschalters eine Störmeldung erfolgt. Ein Ziehen an der gleichen Taste bewirkt die Simulation einer Auslösung, den Test. In der Testfunktion wird der Öffner geöffnet und der Schließer geschlossen. Beim Betrieb mit Wiedereinschaltsperre bleibt die Umschaltung erhalten, bis die Entsperrung durch die Entsperrungstaste erfolgt.

Der Schaltwippe des Hilfsschalters kommt nun die Aufgabe zu, eine Schaltbewegung möglichst ohne großen Widerstand, d. h. leichtgängig, auszuführen. Andererseits muß die Schaltwippe gegen das Abheben von dem Festkontakt aufgrund von Erschütterungen des Relais stabil sein, um nicht ungewollte Schaltvorgänge auszulösen.

Eine Schaltwippe, die die oben angeführten Aufgaben und Funktionen erfüllt, ist gemäß der Erfindung so ausgestaltet, daß die Schaltwippe eine definierte Masseverteilung aufweist, bei der der Schwerpunkt der Schaltwippe in der Lagerachse liegt. Hierbei ist der Schwerpunkt möglichst genau in der Lagerachse der Schaltwippe bzw. angenähert an diese anzuordnen. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei Erschütterungen, insbesondere in Richtung des Lagers, das öffnende Moment gleich dem schließenden Moment ist. Damit wird die Erschütterungsfestigkeit des Hilfsschalter-Öffner-Kontaktes erhöht, ohne daß die Schaltbewegung beeinträchtigt wird.

Bevorzugt ist in weiterer Ausbildung der erfindungsgemäßen Wippe das Lager als Schneidenlager ausgebildet, indem die Schaltwippe mit zwei in einer Fluchtlinie angeordneten und die Lagerachse bildenden Schneiden für die Schneidenlagerung der Schaltwippe ausgerüstet ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltwippe mit definierter Schwerpunktlage in der Schneidenlagerebene sieht vor, daß die Schneiden der Schaltwippe an je einem Kontaktwinkel ausgebildet sind, die wiederum an zwei einander gegenüberliegenden parallel mit der Lagerachse verlaufenden Seiten der Schaltwippe angeordnet sind, wobei die Kontaktstücke der Kontaktwinkel sich mittig oberhalb beidseitig der Lagerachse erstrecken. Die Kontaktwinkel sind aus Metall hergestellt, so daß notwendige Genauigkeit und Stabilität durch eine entsprechende Ausbildung einer Schneide möglich ist. Eine vorteilhafte Ausbildung der mit der Schaltwippe verbundenen Kontaktwinkel stellt in Aufsicht auf das Kontaktstück eine etwa L-förmig winklige Gestalt dar, wobei der das Kontaktstück tragende Winkelarm stufenförmig in Richtung des Kontaktstückes abgekröpft ist und der andere Winkelarm am Fuß in die Schneide übergeht, die dann in der Lagerebene angeordnet wird.

Um einerseits eine ausreichende Größe der Schaltwippe zur Aufnahme der Kontaktwinkel zu erreichen, andererseits auch ausreichende Schaltwege zu ermöglichen, wird die Schaltwippe bevorzugt als offener mehrkammeriger Hohlkörper ausgebildet, so daß die notwendige Größe unter Gewichtseinsparung realisierbar ist. Die Form und Gestalt der Schaltwippe ist, angepaßt an die Schaltbewegung, bevorzugt in den beiden zur Lagerachse senkrechten Mittelebenen jeweils spiegelsymmetrisch um 180° versetzt.

Die Schaltbewegung der Schaltwippe wird durch die Übertragung des Auslöseweges infolge der Bimetallausbiegung über einen Übertragungsmechanismus mit Hebel ausgelöst, wobei als Endglied eine Zugfeder vorgesehen ist, die die Schaltwippe mit dem Übertragungsmechanismus verbindet. Für die Krafteinleitung der Bewegungsenergie ist nun in weiterer Ausgestaltung der neuerungsgemäßen Schaltwippe vorgesehen, daß diese in der senkrechten Mittelachse im Bereich oberhalb der Lagerachse einen zumindest nach unten offenen Hohlraum zugänglichen Steg zum Einhaken der Zugfeder aufweist.

Um die definierte Masseverteilung mit definierter Schwerpunktlage in der Schneidenlagerebene der Schaltwippe zu erreichen, wird des weiteren vorgeschlagen, daß die Schaltwippe Ausgleichsmassen in Gestalt von Stegen, Wänden oder dergleichen, ggf. unter Einschluß von Materialien hoher Dichte, die über die Lagerachse nach unten vorstehen, aufweist. Die Schaltwippe wird in der Regel aus einem geeigneten Kunststoffmaterial beispielsweise als Spritzgußteil hergestellt. Es ist möglich, beispielsweise in die über die Lagerebene nach unten überkragenden Teile auch Materialien höherer Dichte einzuarbeiten oder anzubringen. Auf diese Weise kann bei sehr kleiner Ausgestaltung der Schaltwippe dennoch der Schwerpunkt mit hinreichender Genauigkeit in die Lagerebene verlegt werden.

Die Lagerung der Schaltwippe mit den Schneiden erfolgt in Lagerkerben, die in den Anschlußkontaktstücken des Hilfsschalters ausgebildet sind. Damit ist das Öffnen und Schließen des Hilfsschalters mit Hilfe der Schaltwippe in einfacher, erschütterungsfreier Weise ohne Zeitverzögerung realisiert. Die Kontaktstücke des Hilfsschalters werden unabhängig von der Betätigungsgeschwindigkeit des Antriebes geöffnet und geschlossen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in der Funktion bei einem thermischen Relais sowie mit weiteren konstruktiven Details der Ausgestaltung der Schaltwippe dargestellt.

Es zeigen

Fig. 1 das Funktionsprinzip eines thermischen Relais für Motorschutz,

Fig. 2 ein Motorschutzrelais in Aufsicht,

Fig. 3 das Relais nach Fig. 2 in Vorderansicht,

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Relais gemäß Fig. 2 und 3 durch den Motorstromanschluß,

Fig. 5 einen Querschnitt durch das Relais gemäß Fig. 2 im Bereich der Hilfsschalteranschlüsse

Fig. 6 einen Teilquerschnitt durch das Relais gemäß Fig. 2 und 3 parallel zur Vorderansicht der Fig. 3,

Fig. 7 und 8 zwei Ansichten der komplett ausgerüsteten Schaltwippe,

Fig. 9 den Querschnitt AA der Schaltwippe gemäß Fig. 7 ohne Kontaktwinkel,

Fig. 10 und 11 die Unteransicht bzw. Aufsicht auf die Schaltwippe gemäß Fig. 7 ohne Kontaktwinkel,

Fig. 12 eine perspektivische Teilansicht der Schaltwippe gemäß Fig. 7 ohne Kontaktwinkel,

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht schräg von unten auf die Schaltwippe von Fig. 7 ohne Kontaktwinkel,

Fig. 14a, b, c drei Ansichten des Kontaktwinkels für die Schaltwippe gemäß Fig. 7,

Fig. 15 bis 18 die Kontaktanschlüsse des Hilfsschalters in zwei Ansichten.

Das in den Fig. 2 bis 6 dargestellte Motorschutzrelais 1 arbeitet nach dem physikalischen Prinzip als Bimetallrelais, wie es anhand des Funktionsprinzips der Fig. 1 erläutert wurde. In dem Gehäuse 10, das seitlich mit dem Deckel 13 und oberseitig in Teilbereichen mittels der Trägerplatte 60 abgedeckt ist, sind die Bimetallauslöser 100, siehe Fig. 6, mit dem Brückensystem 200 untergebracht. Die Heizwendel 101 umgibt die einzelnen den drei Phasen entsprechenden Bimetallauslöser und ist an einem Ende über die in dem Halterahmen 67 angeordneten Steckanschlüsse 66 an eine Stromversorgungseinrichtung anschließbar. Die Anschlüsse 2, 4, 6 dienen dem Anschluß der drei Phasen des Motorstromes, der überwacht werden soll. Die Bimetallauslöser 100 sind über die Kontaktfahnen 20 hieran angeschlossen. Bei Überlast wird durch Ausbiegung der Bimetallauslöser 100 das Brückensystem 200 in Pfeilrichtung G bewegt und löst über den Betätigungshebel 16 und Auslösehebel 17 mit Bimetallkompensationsstab 300 die Schaltbewegung der Schaltwippe 400 in Pfeilrichtung F aus. Die Bewegung wird über eine Zugfeder 125, an der der Auslösehebel 17 angreift, die an einem Ende in der Schaltwippe 400 und am anderen Ende an einer am Gehäuse angeordneten Schraube 126 eingehängt ist, ausgelöst. Bei Überschreiten des in Abhängigkeit von dem Strom einstellbaren Auslöseweges werden die Kontakte 95, 96 des Hilfsschalters durch Schalten der Schaltwippe geöffnet und das nachgeordnete, hier nicht dargestellte Motorschütz schaltet den gefährdeten Motor ab. Das Relais gemäß den Fig. 2 bis 6 ist des weiteren mit der Einrichtung 620 zum Einstellen des Relais auf den Nennstrom, den es zu überwachen gilt, ausgerüstet. Darüber hinaus ist das Relais mit einem Einstellhebel 600, auch als Reset-Taste bezeichnet, ausgerüstet, die entweder auf die Stellung "Auto" oder auf die Stellung "Hand" einrastbar ist. Bei der Einstellung "Auto", die ohne Wiedereinschaltsperre arbeitet, schaltet das Relais den Motor nach Auslösung wieder selbsttätig ein, während bei der Stellung "Hand" mit Wiedereinschaltsperre gearbeitet wird und nach der Auslösung das Relais den Motor nicht mehr einschaltet. Das Relais ist auch mit dem Testhebel 650 ausgerüstet, um von Hand eine Auslösung zum Prüfen oder zur Inbetriebnahme zu simulieren. Diese drei Funktionsteile, der Stromeinstellung, der Wiedereinschaltsperre sowie der Handauslösung für Prüfzwecke mit Testhebel sind an der Trägerplatte 60 befestigt und werden mit dieser zusammen in dem Gehäuse 10 montiert.

In den Fig. 7 bis 13 wird die Gestaltung einer Schaltwippe mit definierter Schwerpunktlage in der Lagerebene, d. h. in der Kipp- bzw. Wippebene der Schaltwippe, als einem möglichen Ausführungsbeispiel erläutert. Die beispielsweise in den Fig. 5 und 6 dargestellte Schaltwippe ist in den Fig. 7 und 8 in vergrößertem Maßstab komplett, d. h. ausgerüstet mit den Kontaktwinkeln 41, in Vorder- und Seitenansicht dargestellt. Die Unteransicht der Schaltwippe 400 ist in der Fig. 10 zu sehen, die Aufsicht von oben in Fig. 11. Die Lagerachse und Drehachse L der Schaltwippe 400 ist eingezeichnet. Die Schneidenlagerung 401 wird durch die an den Kontaktwinkeln 41 unten angeformten Schneiden 43 bewirkt. Die Schaltwippe ist um jede der senkrechten Mittelachsen M bzw. D jeweils spiegelsymmetrisch um 180° versetzt ausgebildet. Auf diese Weise ist es möglich, zwei gleiche Kontaktwinkel 41 zu beiden Seiten 409 und 410 der Schaltwippe anzuordnen. Die Krafteinleitung für die Bewegung der Schaltwippe 400 hat ebenfalls symmetrisch in der Mittelachse zu erfolgen, wozu zum Einhängen der die Kraft übertragenden Zugfeder der Steg 402 in einem von unten zumindest zugänglichen Hohlraum 406 der Schaltwippe vorgesehen ist. Der Steg 402 befindet sich etwa auf der Höhe, wo auch die Kontaktflächen bzw. Kontaktstücke 42 der Kontaktwinkel 41 außenseitig sich erstrecken. Die Schaltwippe weist nun eine definierte Masseverteilung mit einer entsprechenden Konfiguration derart auf, daß der Schwerpunkt der Schaltwippe 400 in der Lagerebene bzw. Lagerachse L zu liegen kommt. Hierzu ist die Schaltwippe mit seitlichen die Kontaktwinkel 41 nach unten über die Lagerachse L hinaus sich erstreckenden Vorsprüngen 404 und 405 zu beiden Seiten der Mittelachse M in Gestalt von Wänden oder Stegen oder dergleichen ausgerüstet. Um den Bereich der Schaltwippe, der sich oberhalb der Lager- und Drehachse L befindet, möglichst leichtgewichtig zu gestalten, ist dieser Bereich bevorzugt mit Hohlräumen ausgestattet. Um bei gedrängter Bauweise eine definierte Schwerpunktverlagerung in die Achse L zu erzielen, können auch an den seitlichen nach unten überkragenden Teilen 404 und 405 beispielsweise schwere Masseteilchen befestigt werden, während die Schaltwippe selbst beispielsweise aus einem relativ leichten Kunststoff gefertigt ist.

Aus den Fig. 12 und 13 geht in teilperspektivischer Ansicht eine mögliche Gestaltung der Schaltwippe 400 mit Schwerpunkt im Bereich der Lager- und Drehachse der Schaltwippe hervor, wobei jedoch die Kontaktwinkel nicht eingezeichnet sind. Die Kontaktwinkel 41 werden beispielsweise in Einstecknuten 403 paßgenau geführt, an deren unteren Ende die an den Kontaktwinkeln 41 angeformten Schneiden 43 für die Lagerung überstehen, so daß sie in das entsprechende Aufnahmelager eingesetzt werden können. Die Schaltwippe mit definierter Schwerpunktlage in der Schneidenlagerebene erhöht die Erschütterungsfestigkeit der Hilfsschalteröffnerkontakte 95, 96, so daß bei Erschütterung für den Öffnerkontakt 95, 96 dem abhebenden Moment ein gleich großes schließendes Moment entgegengesetzt wird.

In der Fig. 14 ist eine vorteilhafte Ausbildung der Kontaktwinkel 41 für die Schaltwippe mit angeformter Schneide in den drei Ansichten von vorne, von der Seite und von oben dargestellt. Der Kontaktwinkel 41 weist etwa winklige L-förmige Gestalt auf, wobei an dem vorstehenden Winkelarm 41 a das Kontaktstück 42 vorgesehen ist. An dem Fuß des anderen Winkelsarms 41 b ist die Schneide 43 angeformt. Entsprechend der Konfiguration der Schaltwippe ist der Winkelarm 41 a des Kontaktwinkels in der zweiten Ebene abgekröpft, siehe Fig. 14c, wodurch die Anlagefläche B an die Schaltwippe geschaffen ist. Es sind auch andere Formen des Kontaktwinkels 41 denkbar. Für die Schneidenausbildung 43 ist beispielsweise ein Winkel von 30° möglich. Die einander spiegelbildlich um 180° versetzt an der Schaltwippe zugeordneten Kontaktwinkel 41 bilden dann mit ihren Schneiden 43 eine fluchtende Linie, die mit der Drehachse L zusammenfällt, und in der auch der Schwerpunkt der Schaltwippe möglichst genau liegen soll.

Das Gegenlager der Schaltwippe wird durch die Anschlußkontakte 95 und 97 des Hilfsschalters gebildet, die in dem Gehäuse 10 des Motorschutzrelais untergebracht sind. Die Anschlüsse 95 und 97 bestehen jeweils aus dem entsprechend den zur Verfügung stehenden Raum geformten Anschlußwinkel, mehr oder weniger in Z-Form, der auf der einen Seite jeweils in der Anschlußschraube 951 bzw. 971 befestigt ist. An dem freien hochstehenden anderen Ende des Anschlußwinkels ist jeweils eine V-förmige Kerbe 952 bzw. 972 ausgebildet, die das Schneidenaufnahmelager für die Schneiden 43 der Schaltwippe bilden. Die auf der Gegenseite der Schaltwippe zugeordneten Anschlüsse 96 und 98 des Hilfsschalters bestehen jeweils aus der Anschlußschraube 961 bzw. 981 mit den entsprechend geformten Anschlußwinkeln 96, 98, die für die Einstellung der Bedienungsweise federnd ausgebildet sind.

Die Schaltwippe 400 des thermischen Schutzrelais des dargestellten Beispieles ist auch für eine galvanische Trennung zwischen Öffner- und Schließerkontakt ausgelegt.

Claims (9)

1. Thermisches Relais mit in einem Gehäuse untergebrachtem Bimetallauslöser, einer Übertragungseinrichtung und einem Hilfsschalter mit um eine Lagerachse bewegbarer Schaltwippe, wobei die Übertragungseinrichtung infolge der Bimetallausbiegung durch Auslösen der Bewegung der Schaltwippe den Hilfsschalter schaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwippe eine definierte Masseverteilung aufweist, bei der der Schwerpunkt der Schaltwippe in der Lagerachse (6) bzw. angenähert an die Lagerachse (6) liegt.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwippe (400) mit zwei in einer Fluchtlinie angeordneten und die Lagerachse (L) bildenden Schneiden (43) für eine Schneidenlagerung der Schaltwippe ausgerüstet ist.

3. Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneiden (43) der Schaltwippe (400) an je einem Kontaktwinkel (41) mit Kontaktstück (42) ausgebildet sind, die an zwei einander gegenüberliegenden parallel mit der Lagerachse (L) verlaufenden Seiten der Schaltwippe angeordnet sind, wobei die Kontaktstücke (42) sich mittig oberhalb beidseitig der Lagerachse erstrecken.

4. Relais nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Schaltwippe (400) verbundenen Kontaktwinkel (41) in Aufsicht auf das Kontaktstück (42) etwa L-förmig winklige Gestalt aufweisen, wobei der das Kontaktstück (42) tragende Winkelarm (41 a) stufenförmig in Richtung des Kontaktstückes (42) abgekröpft ist und der andere Winkelarm (41 b) am Fuß in die Schneide (43) übergeht.

5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwippe (400) in beiden zur Lagerachse (L) senkrechten Mittelebenen (D, M) jeweils spiegelsymmetrisch um 180° versetzt in ihrer Form gestaltet ist.

6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwippe (400) als offener mehrkammeriger Hohlkörper ausgebildet ist.

7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwippe (400) in der senkrechten Mittelachse im Bereich oberhalb der Lagerachse einen durch einen nach unten offenen Hohlraum (406) zugänglichen Steg (402) zum Einhaken einer Zugfeder und Krafteinleitung der Bewegungsenergie für die Schaltwippe aufweist.

8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwippe (400) Ausgleichsmassen in Gestalt von Stegen und Wänden (404, 405), ggf. unter Einschluß von Materialien hoher Dichte, die über die Lagerachse (L) nach unten vorstehen, aufweist.

9. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwippe mit den Schneiden (43) in Lagerkerben (952 bzw. 972), die in den Anschlußkontaktstücken (95 bzw. 97) des Hilfsschalters ausgebildet sind, lagert.