DE930398C

DE930398C - Steuerrelais fuer elektrische Schaltvorrichtungen

Info

Publication number: DE930398C
Application number: DEH12367A
Authority: DE
Inventors: Rene Eugene Hairy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-05-04
Filing date: 1952-04-30
Publication date: 1955-07-14
Also published as: GB743327A; FR1036481A; BE511142A

Description

2i c

Die Erfindung betrifft ein Relais für die Steuerung von elektrischen Schaltvorrichtungen, bei denen entweder der Einschalt- oder der Ausschaltvorgang oder jeder dieser beiden Vorgänge selbsttätig erfolgt.

Für die Steuerung von Ein- und Ausschaltvorrichtungen verwendet man bekanntlich entweder Relais, welche bei Überlastung mit Zeitabhängigkeit arbeiten, oder Relais, die bei Kurzschluß augenblicklich ansprechen, oder Differentialrelais, die auf der Differenzwirkung zweier von Strom oder Spannung beeinflußter Wicklungen beruhen.

Meist benutzt man heute zur Steuerung von elektrischen Schaltvorriehtungenein thermisches Relais, das aus einem unmittelbar durch den Durchgangsstrom oder mittelbar durch einen Widerstand erwärmten Bimetallstreifen besteht und durch seine Formänderung den gewünschten Schaltvorgang über mechanische Zwischenglieder hervorruft, oder ein elektromagnetisches Relais, das mit einer eine elektromagnetische Anziehung erfahrenden Metallmasse versehen ist und durch deren Verschiebung den selbsttätig stattfindenden Schaltvorgang mit Hilfe von mechanischen Übertragungsmitteln veranlaßt. Weniger häufig verwendet man Differentialrelais, die in mannigfaltigen Ausführungsformen gebräuchlich sind.

Man hat schon versucht, das Problem zu lösen, die verschiedenen Steuerungen von elektrischen Schaltvorrichtungen durch ein einziges Relais zu

verwirklichen, das sowohl mit Zeitabhängigkeit auf Überlastungen als auch augenblicklich auf Kurzschlußströme und ferner auch auf Spannungsdifferenzen anspricht, um entsprechend die Gesamtheit der zur Herbeiführung des jeweiligen Schalt-. Vorganges notwendigen mechanischen Verbindungen zu verringern. Aber die bisher zu diesem Zweck vorgeschlagenen Relais, die z. B. allein auf der Veränderung der magnetischen Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur eines Stabes aus einer Metallegierung beruhen, sind wegen ihrer zu geringen Empfindlichkeit praktisch wieder verlassen worden.

Nach der Erfindung gelingt die Lösung dieses Problems in einer praktisch befriedigenden Weise dadurch, daß von der bekannten physikalischen Erscheinung ausgegangen wird, daß der Magnetismus des Eisens und seiner Legierungen sowie überhaupt aller ferromagnetischen Körper in einem ziemlich geringen, je nach dem Einzelfall zwischen 20 und 50⁰ liegenden Temperaturintervall bei dem wesentlich von der Beschaffenheit der einzelnen Körper abhängigen Curie-Temperaturpunkt verschwindet und außerdem der elektrische Widerstand dieser Metallkörper bei deren Herstellung durch Sinterung sehr rasch, je nach den Sinterungsbedingungen, schwankt. Der Curie-Temperaturpunkt ist von der Größenordnung z. B. von o° für Legierungen aus Eisen und Vanadium mit 60 %> Vanadium, von 20⁰¹ für bestimmte Eisen-Aluminium-Legierungen, von ioo° für Eisen-Silicium-Legierungen nach der Formel Si₂Fe₃, um 360⁰ für Nickel, 775⁰ für Weicheisen und 1100⁰ für Kobalt zu erreichen.

Unter Ausnutzung dieser Eigenschaften der gesinterten ferromagnetischen Metalle und Legierungen ist das Steuerrelais nach der Erfindung so ausgebildet, daß ein Teil des Kerns des das Relais bildenden Elektromagneten aus einer gesinterten ferromagnetischen Metallmasse oder einer gesinterten Metallegierung 'besteht und einer ihn auf' seinen Curie-Temperaturpunkt bringenden Heizwirkung des Regelungsstromes ausgesetzt ist, während der andere Teil des Elektromagnetkerns aus gesintertem oder nicht gesintertem Weicheisen oder einer gesinterten oder nicht gesinterten ferromagnetischen Legierung oder sonst einem gesinterten oder nicht gesinterten ferromagnetischen Körper gebildet und mit dem zu heizenden gesinterten Teil magnetisch in Reihe geschaltet oder durch diesen nebengeschlossen ist. Für den zu erhitzenden Teil des Elektromagnetkerns kann vorzugsweise ein gesinterter ferromagnetischer Körper mit einem Curie-Punkt in der Größenordnung von iod⁰ oder weniger gewählt werden.

Erfindungsgemäß wird es möglich, ein Relais zu verwirklichen a) das einerseits auf die mehr oder weniger beträchtlichen Änderungen der Stromstärke anspricht, weil der Verlust an Magnetismus des erhitzten gesinterten Teiles des Elektromagnetkernes infolge Erhöhung seiner Temperatur eine solche Größe annimmt, daß der diesen Kernteil bildende ferromagnetische Körper durch seinen | Curie-Punkt geht, auf den er dabei auf Grund seiner Herstellung durch Sinterung rasch durch die Heizwirkung des in der Stärke zunehmenden Stromes gebracht wird, der ihn entweder mittelbar als Durchgangsstrom oder gegebenenfalls und insbesondere bei größeren Stromstärken mittelbar über einen von ihm durchflossenen Heizwiderstand erwärmt, b) das andererseits für die Änderungen und Abweichungen der Spannung empfindlich ist, da das magnetische Feld, in welchem der erhitzte Kernteil des Elektromagneten sich befindet, entweder durch eine einzige, in Reihe oder parallel zu der Hauptspule des Relais liegende Wicklung oder durch zwei oder mehrere Spulen erzeugt werden kann, deren eigene Felder einander entgegengesetzt sind oder, wie dies meist der Fall sein wird, einander überlagert werden können.

Nach der Erfindung gelingt es somit, die verschiedenen in Betracht kommenden Steuerungen von elektrischen Schaltvorrichtungen mit Hilfe eines einzigen durch seine Bauart jeden Empfindlichkeitswert ergebenden und den jeweiligen Anforderungen entsprechenden Relais zu verwirklichen, das folgende Schaltmöglichkeiten bietet:

1. einen in Zeitabhängigkeit sich abspielenden Sehairvorgang im Falle einer mehr oder weniger langen Überlastung,

2. einen augenblicklich erfolgenden Schaltvorgang bei Kurzschluß mit einem die Stromwerte bei zeitabhängiger Ausschaltung überschreitenden, die sofortige Ausschaltung herbeiführenden Wert des Kurzschlußstromes,

3. einen nach Bedarf stattfindenden Schaltvorganigbei einem Differenzwert der Speisespannungen der elektromagnetischen Spulen,

4. einen beim Fehlen oder bei einem Mindestwert einer Spannung auftretenden Schaltvorgang.

Bei mittelbarer Beheizung des zu erwärmenden gesinterten Teiles des Elektromagnetkernes kann es, wenn die Nennstromstärke genügend hoch ist, vorteilhaft sein, den Heizwiderstand, z. B. einen Widerstandsdraht, in einer Bohrung oder sonstigen Höhlung dieses Kernteiles anzuordnen und mit Hilfe eines pulverförmigen, verdichteten, gut wärmeleitenden elektrischen Isolierkörpers, z. B. mittels Magnesiumoxyd, zu isolieren.

Die Zeichnung veranschaulicht in zwei Ausführungsbeispielen das Relais nach der Erfindung.

Abb. ι stellt ein Relais dar, das die vier angeführten Steuerungsmöglichkeiten aufweist, während Abb. 2 ein Relais von abweichender Bauart zeigt.

Gemäß Abb. 1 setzt sich der Kern des das Relais bildenden Elektromagneten aus einem Teil 1, der aus Weicheisen oder einer magnetischen Metalllegierung besteht, und aus einem Teil 2 zusammen, der aus einer gesinterten Metallegierung gefertigt ist, deren Zusammensetzung ihm einen mit den gegebenen Betriebsbedingungen des Relais verträglichen Curie-Temperaturpunkt erteilt und deren elektrischer Widerstand in Abhängigkeit von der Nennstärke des Regelungsstromes verhältnismäßig hoch ist und dem Relais die erforderliche Empfindlichkeit gibt.

Die Spüle 3 mit der Spannung U₁ dient zur Erzeugung des erforderlichen elektromagnetischen Feldes, und die Spule 4 mit der Spannung U₂ liefert als Differentialwicklung ein Feld, das sich dein magnetischen Feld der Spule 3 entgegensetzt oder diesem überlagert. Die rein schematisch wiedergegebene Bewegungsübertragung 5. verbindet den beweglichen Anker 6 des Relais mit dem mechanischen Antrieb der zu steuernden Schaltvorrichtung und gibt beispielsweise ein beim Einrücken der Schaltvorrichtung gespanntes Stoßglied frei. Der schwenkbare Elektromagnetanker 6 schließt den magnetischen Kraftfluß des Kernes 1, 2 und steht unter der Wirkung der Rückhol- und Regelungsfeder 7.

Ein isolierender Schlitz 8 trennt den aus gesinterter Metallegierung bestehenden Elektromagnetkernteil 2, durch den der Regelungsstrom mittels der Anschlußleitungen 9 hindurchgeführt wird, von dem Kernteil 1, um einen Kurzschluß des durch den Strom erhitzten Teiles 2 des Elektromagnetkerns durch den Relaisanker 6 zu vermeiden. Der Heizstrom für den zu erwärmenden Kernteil 2 kann auch unabhängig von dem die Elektromagnetwicklung 3 und 4 durchfließenden Strom sein.

Das aus Abb. 2 ersichtliche Relais kann die gleichen Steuerungsmöglichkeiten wie das Relais nach Abb. 1 ausführen, mit dem Unterschied, daß es mit mittelbarer Beheizung des gesinterten Teiles 2 des Elektromagnetkerns arbeitet und auf Grund seiner Ausführung ohne Wirkung beim Fehlen oder beim Mindestwert der Spannung ist. Gemäß Abb. 2 bildet der gesinterte Kernteil 2 einen magnetischen Nebenschluß zu dem aus Weicheisen bestehenden Kernteil 1, der die Speisespule 3 und die Differentialwicklung 4 trägt. Durch eine Bohrung des Teiles 2 des Elektromagnetkernes geht der Heizdraht 9', der vom Regedungsstrom oder von einem Teil davon durchflossen und durch einen pulverförmigen Isolierkörper 8' vom Kernteil geschieden ist. Der bewegliche Anker 6 des Relais, an dem die Rückhol- und Regelungsfeder 7 angreift, ist mit dem auf die zu steuernde Schaltvorrichtung wirkenden Bewegungsübertragungsglied 5 verbunden.

Es gehört seit langem zum Stand der Technik, für die Ausführung eines Relais einen ferromagnetischen Körper mit einem Curie-Punkt von niederer Temperatur zu verwenden. So zeigt das USA.-Patent 2 255 638 ein Relais für einen Ausschalter, das einen magnetischen Stromkreis mit Tauchkolben aufweist und im Innern der Elektromagnetspule einen leitenden Metallzylinder und einen Ring aus einem Metall mit einem Curie-Punkt in der Größenordnung von 125⁰ aufweist, so daß der Ring durch die in dem leitenden. Zylinder durch die Durchgangsströme der Spule induzierten Foucault-Ströme erhitzt wird, wenn ein Überstrom auftritt, was hinwiederum die Ausschaltung herbeiführt. Das Steuerrelais nach der Erfindung unterscheidet sich von dieser bekannten Vorrichtung wesentlich dadurch, daß es als zu erhitzenden Teil seines Elektromagnetkernes einen nicht nur einen Curie-Punkt mit geeigneter Temperatur aufweisenden, sondern auch durch Sinterung erhaltenen ferromagnetischen Körper besitzt, was einen sehr hohen elektrischen Widerstand dieses Körpers gewährleistet und auf diese Weise seine leichte und rasche Erhitzung entweder unimittelbar durch den Durchgang der Gesamtheit oder eines Teiles des Regelungsstromes oder mittelbar durch einen in seinem Inneren isoliert angeordneten und vom ganzen Regelungsstrom oder einem Teil davon durchflossenen Leiter ermöglicht. Als weitere Vorteile ergeben sich daraus eine große Empfindlichkeit und eine hohe Beständigkeit der Arbeitsweise und eine einfache Bauart des Steuerrelais sowie sehr geringe Zeitkonstanten und die Möglichkeit der Erzielung der in Betracht kommenden Steuerungen durch ein einziges Relais bei Schaltvorrichtungen mit selbsttätiger Durchführung des Öffnungs- oder des Schließungsvorganges oder dieser beiden Schaltvorgänge..

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Steuerrelais für Schaltvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (2) des Kerns des das Relais bildenden Elektromagneten (1, 2) aus einer gesinterten ferromagnetischen Metallmasse oder Legierung besteht und einer ihn auf seinen Curie-Temperaturpunkt bringenden Heizwirkung des Regelungsstromes ausgesetzt ist, während der andere Teil (1) des Elektromagnetkernes aus einem gesinterten oder nicht gesinterten ferromagnetischen Körper gefertigt ist (Abb. 1 und 2).

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu erhitzende Teil (2) des Elektromagnetkernes aus einem ferromagnetischen Körper mit einem Curie-Punkt in der Größenordnung von ioo° oder weniger gebildet ist.

3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zu erhitzende Teil (2) des Elektromagnetkernes mit dem anderen Kernteil (1) magnetisch in Reihe liegt (Abb. 1).

4. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (1) des Elektromagnetkerns, der durch den Regelungsstrom zu erhitzen ist, als magnetischer Nebenschluß des anderen Kernteiles (2) angeordnet ist (Abb. 2).

5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu erhitzende Elektromagnetkernteil (2) in den Stromkreis des Regelungsstromes oder eines Teiles davon eingeschaltet ist und so durch diesen unmittelbar beheizt wird (Abb. 1).

6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu erhitzende Elektromagnetker.nteil (2) mittelbar durch einen Widerstand (9') geheizt wird, der von dem Regelungsstrom oder einem Teil davon durchflossen und in der Höhlung dieses Kernteiles (2) unter Isolierung durch einen gut wärmeleitenden

elektrischen Isolierkörper (8), vorzugsweise in verdichteter Pulverform, angeordnet ist (Abb. 2).

7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisierende Feld durch mehrere Spulen (3, 4) erzeugt wird, deren eigene magnetischen Felder einander entgegengesetzt sind oder sich überlagern (Abb. ι und 2).

8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizstrom für den zu erwärmenden Kernteil (2) unabhängig von dem die Elektromagnetwic'klung (3, 4) durchfließenden Strom ist (Abb. 1 und 2).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 509 525 7.55