DE891104C - Anordnung fuer UEberstrom- und zeitabhaengige Ausloeser und Relais - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung für überstrom- und zeitabhängige Auslöser und Relais unter Verwendung eines t'hermomagnetischen Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß zwei starrverbundene Magnetanker (Wippe 6) entgegengesetzten Kräften zweier stromerregter Magnetsysteme (2 und 3) und einer zusätzlichen Gewichts- oder Federkraft (8) ausgesetzt sind und daß ein magnetisch in Reihe liegender Teil (4) des in unerregtem Zustand geschlossenen Magnetkreis-es (2) aus thermomagnetisch@-cm Metall besteht oder bzw. und daß zu dem in unerregtem Zustande offenen Anker ein mindestens teilweise aus t'hermomagnetischem Metall bestehend--r magnetischer Nebenschluß (7) vorhanden ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise 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 thermomagnetischen Polschuhen versehen ist, gegen welche im Ruhestande das Ankersystem durch eine Feder gedrückt wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das andere der beiden Jochstücke mit einem mindestens teilweise aus thermomnagnetischem Stoff bestehenden Nebenschluß versehen ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die thermomagnetischen Teile durch flache plattenförmige Stücke gebildet werden und zur Erzielung eines guten Wärmekontakts mit Hilfe von Befestigungsschrauben unmittelbar gegen die Schiene gepreßt werden. Anordnung nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als thermomagnetischer Stoff eine Legierung mit einem Curie-Punkt unterhalb ioo° C dient.