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Anordnung für Überstrom- und zeitabhängige Auslöser und Relais Überstrom-
und zeitabhängige Auslöser und Relais, wie sie bei elektrischen Selbstschaltern
verwendet werden, haben die Aufgabe, bei geringem Überstrom mit einer gewissen,
von der Höhe des Überstroms abhängigen zeitlichen Verzögerung und bei sehr hohem
Überstrom bzw. Kurzschluß ohne Verzögerung das Ausschalten des Schalters, dem sie
zugeordnet sind, herbeizuführen. Bisher war es üblich, bei derartigen Selbstschaltern,
insbesondere Motorschutzschaltern, Bimetalle, Schmelzlote oder Hitzdrähte zusammen
mit vorzugsweise elektromagnetisch arbeitenden Schnellauslösern als überstrom- und
zeitabhängige Auslöseorgane zu verzvenden. Es sind auch schon Vorschläge auf Auslösevorrichtungen
bekanntgeworden, bei denen im Magnetkreis eines in üblicher Weise mit einer Erregerspule
versehenen Elektromagneten ein thermomagnetischer Körper angeordnet ist, der bei
bestimmten Temperaturen seine magnetischen Eigenschaften ändert. Die lefztgenannten
Vorschläge konnten sich jedoch bisher in derPraxisnichtdurchsetzen, teils da ihre
Anordnungen einen verhältnismäßig umständlichen Aufbau hatten und teils da die Ansprechtemperaturen
der in Betracht kommenden thermomagnetischen Legierungen verhältnismäßig hoch lagen,
so daß eine Beschädigung der Spulen zu befürchten war.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sieh auf eine Anordnung für überstrom-
und zeitabhängige Auslöser und Relais unter Verwendung eines thermomagnetischen
Körpers und bringt gegenüber den bisher bekannten Auslöseeinrichtungenbeträchtliche
Vorteile.
Ihr Vorschlag besteht zunächst-darin, daß der schienenförmige Hauptstromleiter von
zwei etwa hufeisenförmigen Jochstücken umgriffen wird, die mit starr miteinander
verbundenen,, vorzugsweise durch eine Wippe gebildeten Ankern zusammenarbeiten,
wobei das eine der beiden Jochstücke mit thermomagnetisc'hen Polschuhen versehen
ist, gegen welche im Ruhestande das Ankersystem durch eine Feder gedrückt wird.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines in derZeicbnung dargestelltenAusführungsbeispiels
erläutert. Nach Fig. i ist i. die vom Hauptstrom durchflossene Schiene. Sie wird
von zwei etwa hufeisenförmigen Magneteisen 2, 3 umgriffen. Das Magneteisen 2 ist
mit thermomagnetischen Polschuhen 4. versehen, die, wie Fig. 2 besonders deutlich
zeigt, mit der Schiene i in möglichst guten Wärmekontakt gebracht sind. Sie sind
zu diesem Zweck mit Schrauben 5 auf der Schiene i befestigt. Zum Schließen des magnetischen
Kreises dient ein Ankerblech 6.
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Das Magneteisen 3, dessen Querschnitt insbesondere größer sein kann,
wird an seinen beiden Polen durch ein ortsfestes und ebenfalls mit der Schiene in
gutem Wärmekontakt stehendes Querstück 7 kurzgeschlossen, welches entweder ganz
oder nur stellenweise, z. B. gemäß Fig. 3 .auf einen schmalen Streifen in der Mitte,
aus thermomagnetischem Material besteht. Darüber befindet sich der andere, gegebenenfalls
längere Arm des als Wippe ausgebildeten Ankers 6, der unter Einwirkung einer Rückzugsfeder
8 steht. ' Der Stromfluß durch die Schiene i magnetisiert die beiden Jochstücke
2 uhd 3. Der Kraftfluß des Jochstückes 2 durchsetzt außer diesem die beiden Polschuhe
4 und das Ankerblech 6. Die Kraft, mit der der Anker durch die Zugfeder auf dieses
Magnetsystem gedrückt wird, wird also,durch die Magnetisierung noch erhöht. Das
Jochstüdle 3 wird gleichfalls von dem Strom magnetisiert. Der Kraftfluß durchsetzt
das Joch 3 und das Schlußstück 7, das aus thermomagnetisehem Material besteht. Über
diesem System befindet sieh der Anker in einigem Abstand. Er wird aber zunächst
nur so wenig von Kraftlinien getroffen, daß er nicht angezogen wird.
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Wird nun die Schiene von einem stärkeren Strom durchflossen, so bleiben
zunächst die Zugkräfte an beiden Systemen die gleichen. Der Anker verbleibt also
in der gezeichneten Stellung. Die Schiene erwärmt sich aber infolge des erhöhten
Stromes, die Polstücke 4 und 7 aus dem thermömagnetischen Stoff werden mit erwärmt,
und nach Erreichen einer bestimmten Temperatur verlieren sie verhältnismäßig schnell
ihre magnetischen Eigenschaften. Der Erfolg ist, idaß jetzt in dem magnetischen
Kreise des Jochstücks 2 gewissermaßen ein Luftspalt vorhanden ist, dessen Weite
zweimal der Stärke derPolstücke4 aus dem thermomagnetischen Material entspricht.
Andererseits fällt nun die Wirkung des Nebenschlusses 7 in dem magnetischen Kreis
des Jochstücks 3 fort, soweit dieser Nebenschluß aus thermomagnetischem Material
besteht. Jetzt durchsetzt daher- ein weit 'größerer Teil der Kraftlinien des Jochstücks
3 den Anker 6, so daß dieser entgegen der Wirkung der Feder 8 angezogen wird. Ist
der Überstrom sehr groß, z. B. bei Kurzschluß, eo. braucht sich die Schiene i nicht
erst auf die Ansprechtemperatu_ r des thermomagnetischen Stoffes zu erwärmen, in
diesem Falle wird vielmehr die Zugkraft des Magnetsystems 3 von vornherein überwiegen,
da der thermomagnetische Stoff am Magnetsystem 2 und: 3 rasch gesättigt sein wird.
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Mit dein hier als Wippe ausgebildeten, drehbar gelagerten Anker kann
irgendein Auslösemechanismus betätigt werden, der das Ausschalten des Selbstschalters
veranlaßt. -Die Anordnung kann auch beispielsweise einen Kontakt schließen oder
öffnen und somit als Relais wirken.
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Als thermomagnetischen Stoff kann man eine Nickel-Eisen-Legierung
verwenden, z. B. eine solche, wie sie im Handel unter den Namen Invar (361/o Nickelgehalt,
Rest Eisen) und Thermalloy (6o bis 65 % Nickel, Rest Kupfer) erhältlich ist. Materialien
wie Invar `haben eine Ansprechtemperatur von etwa -i25° C. Besonders vorteilhaft
ist die Verwendung von Monelmetall. Bei einer solchen Legierung liegt die Ansprechtemperatur
wesentlich tiefer, etwa in der Größenordnung von 6o° C. Ein weiterer in Betracht
kommender thermomagnetischer Stoff besteht aus 3o bis 70% Nickel, 5 bis 25 % Chrom,
Rest Eisen und Verunreinigungen. Andere vorteilhaft in Betracht kommende thermomagnetische
Stoffe sind angegeben in Messkin-Mussmann, »Die ferromagnetischen Legierungen«,
Berlin 1932, vgl. insbesondere S. 389.
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Ein besonderer Vorteil des Vorschlags der Erfindung besteht, wie ohne
weiteres ersichtlich, darin, daß er die Schaffung außerordentlich einfacher Bauformen
ermöglicht und trotzdem, auch bei Wahl hoher Arbeitstemperaturen, eine äußerst zuverlässige
betriebssichere Wirkungsweise gewährleistet. Spulen sind nicht erforderlich. Auch
ist der Energiebedarf, der benötigt wird, um die Anordnung zum Ansprechen zu bringen,
relativ gering. ' Die Möglichkeiten zur Anwendung und Ausführung der Erfindung sind
nicht auf diel Merkmale des hier im einzelnen beschriebenen Beispiels beschränkt;
so ist es insbesondere auch möglich, entweder die Polschuhe 4 des Jochstücks 2 oder
den thermomagnetischen Nebenschluß 7 des Jochstücks 3, durch den die Wirkung verstärkt
und gegebenenfalls verbessert werden kann, wegzulassen, um auf diese Weise die Anordnung
noch weiter zu vereinfachen. Ferner können die Abmessungen der elektrothermischen
Zwischenstücke im Wege leichter Austauschbarkeit der betreffenden Teile geändert
werden, um die Kennlinie des Gerätes zu beeinflussen. Zu dem gleichen Zweck kann
nachträglich -die wirksame Länge der Hebelarme, an denen die magnetischen Kräfte
angreifen, durch Versetzung der ruhenden Magnetteile geändert werden. Diese brauchen
dazu nur auf der Stromschiene in Längsrichtung verschoben zu werden. Durch
magnetische
Beilägen od. dgl. kann der Luftspalt des in unerregtem Zustand offenen Magnetsystems
geändert werden. Die Feder 8 kann leicht auswechselbar sein, ihre' Vorspannung nachträglich
einstellbar gemacht werden, ebenso die Länge des Hebelarmes ihres Angriffspunkts
am Anker 6, sie kann auch durch eine gegebenenfalls veränderliche Gewichtskraft
ersetzt werden. Der Jochquerschnitt des im Ruhezustand geschlossenen Magnetsystems
kann stellenweise geschwächt sein, damit bei größerem überstrom Sättigungserscheinungen
in noch höherem Grade wirksam und nutzbar gemacht werden. Die geschwächten Jochteile
können ebenfalls leicht gegen ebensolche mit anderen Abmessungen austauschbar sein.
Auch der Querschnitt der beiden Anker kann verschieden sein. Bei der Ausführungsform
gemäß Fig. i kann insbesondere der linke gezeichnete Arm der Wippe 6 so schmal sein,
daß er die Polschuhe 4 nur zum Teil überdeckt, dadurch wird die Differenz der von
den Magnetkräften ausgeübten DreIhmomente bei Überstrom vergrößert.