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Elektromagnetisches Relais mit thermischer Wirkung Es sind elektrothermisch
wirkende Relais bekannt, die unter dem Einfluß der auf einen Bimetallstreifen wirkenden
Stromwärme ihre Kontaktvorrichtung auslösen. Solche thermischen Relais werden hauptsächlich
zur Überwachung und zum Schultz von Maschinen und anderen elektrischen Einrichtungen
und Anlagen geigen Überlastung benutzt. Die Ansprechzeit derartiger Relais ist weitgehend
stromabhängig, so daß bei größerer Belastung der Schaltvorgang schneller als bei
kleinerer Belastung erfolgt. Es ist versucht worden, die Charakteristik der Relais
den Erwärmungskennlinien, beispielsweise der zu schützenden Motoren oder der sonstigen
Geräte anzupassen, und man hat dafür die verschiedensten Ausführunigen vorgeschlagen.
Bei allen diesen Relais ist die Überlastungsfähigkeit dadurch begrenzt, daß entweder
direkt beheiztes Bimetall bei häufiger Überlastung Strukturänderungen zeigt, bei
indirekt beheiztem Bimetall aber Korrosionserscheinungen oder Verzunderung der dafür
benutzten Heizkörper auftritt, so daß schließlich ein Durchbrennen erfolgt. Schon
während dieser Minderungsvorngänge ändern sich auch die Ansprechwerte Die bisweilen
angewendete transformatorische Bcheizung'hat zwar nicht die genannten Nachteile,
jedoch erfordert sie große Abmessungen und führt zu teueren Apparaten. Ein weiterer
Nachteil aller dieser Ausführungen ist das Erfordernis eines besonderen Mechanismus
für die Momentschaltung.
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Ein Relais, das diese Nachteile vermeidet, bestecht gemäß vorliegender
Erfindung aus einem die stromdurchflossene Spule tragenden Schaltmagnet, zwischen
dessen Polen: eine Brücke aus temperaturabhängigem Material mit niedrigem Umwandlungspunkt
(Curiepunkt) angeordnet ist. Diese Magnetbrücke
zeigt bei normaler
Temperatur etwa die gleichen magnetischen Eigenschaften wie der übrige Magnetkreis
des Relaismagnets. Tritt jedoch eine Erwärmung auf, so sinkt die Permeabilität der
Magnetbrücke stark ab, so daß zwischen den Polen ein starkes Streufeld entsteht.
Durch dieses Streufeld wird der den Polen gegenüberstehende Relaisanker, der mit
dem einen Relaiskontakt in Verbindung steht, angezogen. Da das Anziehen des Ankers
erst nach einer bestimmten Sättigung im Anker bzw. bei entsprechender Stärke des
Streufeldes eintritt, findet die Kontaktbetätigung schlagartig statt, so daß sich
ein besonderer Mechanismus für die Momentschaltung erübrigt. Auch sonst ist die
Einrichtung außerordentlich einfach und mit geringen Kosten herzustellen. Um die
Streufeldbildung beeinflussen zu können, kann zwischen den Schenkeln des Magnets
ein magnetischer Nebenschluß vorgesehen sein. Dieser verhindert die Ausbildung eines
starken Streufeldes so lange, bis auch in ihm eine Sättigung auftritt, so daß der
Streufluß erst bei Erreichen einer bestimmten Stromstärke zur Wirkung gelangt. Der
Nebenschluß kann durch einen Luftspalt in seiner Wirksamkeit einstellbar gemacht
werden.
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Die Zeichnung veranschaulicht den Gegenstand der Erfindung an einem
Ausführungsbeispiel. Der Schaltmagnet eines einfachenAbschaltrelais besteht aus
einem Eisenkern i mit den Polen 2 und 3. Auf dem einen Schenkel des Kernes i ist
die Spule 4 angeordnet. Der Magnet trägt die Schalteinrichtung mit den beiden federnden
Kontakten 5 und 6. An der einen Kontaktfeder mit dem Kontakt 6 ist der Magnetanker
7 befestigt, Die Eisenteile des magnetischen Kreises sind im Gegensatz zu sonstigen
Magneten dieser Art aus massivem Eisen mit großer Hysteresi@s gefertigt.
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Zwischen den beiden Polen 2 und 3 ist ein ebenfalls massives Metallstück
8 angebracht, das aus einer magnetothermischen Legierung besteht, die die Eigenschaft
besitzt, daß sie schon bei einer relativ niedrigen Temperatur im wesentlichen unma,gnetisch
wird. Dadurch entsteht an den Polen bei magnetisiertem Kern i ein Streufeld, das
den Anker 7 schlagartig anzieht. Der sogenannte Um--,vandlungs- oder Curiepunkt
für eine geeignete Legierung zur Verwendung bei einem derartigen Relais liegt durchschnittlich
zwischen 8o und 120' C. Es können jedoch auch niedrigere oder höhere Temperaturen
dafür gewählt werden. Da die Permeabilität derartiger Legierungen nicht sprunghaft
nachläßt, das Streufeld also allmählich zunimmt und damit die genaue Bestimmung
des Abschaltzeitpunktes der Relaiskontakte nicht genau festgelegt werden kann, ist
zwischen den Schenkeln des Eisenkernes i ein magnetischer Nebenschluß vorgesehen,
der aus zwei gegeneinander gerichteten Mittelschenkeln 9 und io besteht, zwischen
denen sich ein Luftspalt i i befindet, und von denen der eine Schenkel io zwecks
Änderung des Luftspaltes einstellbar ist. Durch Festklemmen mittels einer Schraube
12 kann der Luftspalt I i für eine bestimmteAbschaltstromstärke fest eingestellt
werden. Erst wenn im Nebenschluß eine von der Größe des Luftspaltes i i abhängige
Sättigung eingetreten ist, wird das Streufeld an den Polen 2 und 3 so stark, daß
das Anziehen des Ankers 7 plötzlich und zu einem bestimmbaren Zeitpunkt erfolgt.
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Die Bemessung des Eisenkreises ist derart, daß der von der Stromspule
4 erzeugte magnetische Kreisfluß erst bei Überschreiten einer bestimmten normalen
Stromstärke die beabsichtigte Wirkung hervorruft, indem nicht allein eine Sättigung
im Nebenschluß entsteht, sondern infolge der Ummagnetisierungsverluste des massiven
Eisens auch eine starke Erwärmung eintritt. Dadurch verliert die magnetische Brücke
8 ihre magnetische Leitfähigkeit in so 'hohem Maße, daß hier der Fluß praktisch
unterbrochen wird und an den Schenkelenden 2 und 3 ausgeprägte Pole entstehen, die
einen Streufluß hervorrufen, so daß, wie bereits gesagt, der Anker 7 schlagartig
angezogen wird, um den Magnetkreis wieder zu schließen. Die Kontakte 5, 6 öffnen
sich, unterbrechen z. B. den Stromkreis eines Schützes und bringen es zum Abfallen.
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Sobald der Strom in der Spule .4 unterbrochen ist, fällt der Anker
7 ab und die Kontakte 5 und 6 schließen sich wieder. Um ein unbeabsichtigtes Wiedereinschalten
zu verhindern, kann der Anker 7 verklinkt werden. Diese Verklinkung läßt sich von
Hand wieder lösen, so daß das Einschalten nur bewußt und nach Beseitigung der Fehler,
die zur Relaisauslösung führten, erfolgen kann.
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Der Anker kann, statt wie hier am Beispiel einer Kontakteinrichtung
gezeigt, auch auf eine mechanische Auslöseeinrichtung wirken Treten plötzlich erhebliche
Überlastungen etwa vom 5- bis iofachen des Nennwertes auf, so entsteht sofort ein
starkes Streufeld, das auch im kalten Zustand des magnetothermischen Metallstückes
bereits den Anker zum Anziehen bringt, da die Permeabilität der Brücke 8 unterhalb
der des Eisenkernes liegt.
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Für die Relaisauslösung ist sonst die Erfüllung zweier Bedingungen
erforderlich: Ein Überschreiten des Nennstromes und eine Erwärmung des Eisens. Diese
kann aber erst eintreten, wenn ein durch den Nebenschluß bestimmbarer Wert für eine
von der Bemessung des Eisenkreises abhängige Zeitdauer überschritten ist. Unter
diesen Voraussetzungen ist nun eine weitgehende Anpassung des Relais an die Betriebsbedingungen,
beispielsweise eines Motors möglich.