DE954178C - Elektrisches Relais, bei dem durch Deformation eines Stromleiters die Kontaktgabe erfolgt - Google Patents

Description

• Elektrisches Relais, bei dem durch Deformation eines Stromleiters die Kontaktgabe erfolgt Die meisten :der bisher bekannten elektrischen Relais haben eine stromdurchflossene Wicklung, welche auf einen Eisenkern. aufgebracht ist, so daß bei Stromdurchgang infolge der Kräfte des elektromagnetischen Feldes ein bewegliche- Magnetanker angezogen werden kann. Weiterhin sind Relais bekannt, welche nach deem Induktionsverfahren arbeiten. Diese bekannten, Bauformen haben gemeinsam dfen Nachteil einer verhältnismäßig hohen Ansprechzeit. Technisch ist dies dadurch begründiet, daß durch diie in der Regel recht erhebliche Induktivität eine große Zeitkonstante im Stromkreis wirksam ist, so d'aß das Anwachsen, des Stromes verhältn;smäßig langsam vor sich geht. Ein weiterer Grund für das verhältnismäßig träge Arbeiten der bekannten Relais ist darin gegeben, daß ihre beweglichen Teile, mechanisch gesehen, eine niedere Eigenschwingungszahl haben. In vielen Fällen kommt es darauf an,> außerordentlich rasch wirksame Relais zu haben mit Ansprechzeiten in der Größenordnung von etwa einer Millisekunde und; darunter. Derartig kurze Ansprechzeiten, sind mit Relais bekannter Ausführung nicht zu erzielen. Um diesem Mangel. abzuhelfen, werden in vorliegender Erfindung grundsätzliche Anordnungen für elektrische Relais beschrieben, mit welchen kürzeste Ansprechzeiten erreichbar sind. Die Erfindung geht aus von solchen. elektrischen Relais, die vorzugsweise als Hochstromrelais geeignet sind und, bei welchen durch: Deformation von wenigstens einem Stromleiter dies zu überwachenden Stromkreises infolge der Stromkraft in einem Magnetfeld mindestens ein Relaiskontakt betätigt wird. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß erfindungsgemäß die mechanische Eigenfrequenz des Stromleiters vorzugsweise in Deformationsrichtung wesentlich ,höher liegt als die Frequenz d'eT Stromkräfte. Der Vorzug derartiger Relais besteht darin, daß sie als Primärrelais verwend15ar sind, hohe überlastfähigkeit besitzen, einfach und robust im Aufbau sind und. daher kaum einer Wartung bedürfen.
• In Fing. i ist schematisch eine Ausführungsform eines solchen. Relais ,dargestellt. Der Stromleiter i befindet sich in einem-nicht gezeichnet-en, senkrecht auf der Zeichenebene zu denkenden Magnetfeld: Er trägt einen Kontakt 2, welcher mit einem gefederten Gegenkontakt 3 zusammenarbeitet. Fließt durch dien Leiter i ein. Strom, so tritt .durch die Stromkraft im Magnetfeld eine Deformation des Stromleiters i ein, welche bei einer bestimmten Einstellung zur Kontaktgabe an den Kontakten 2 und 3 führt. Der Stromleiter ist auf Böcken q. befestigt; um die Deformation des Stromleiters bei überströmen innerhalb dies elastischen Bereiches zu halten, sind Anschläge 5 angeordnet. Der Stromleiter i kann je nach Gegebenheit vondem gesamten oder einem Teil des zu überwachenden Stromes durchflossen werden. Das Magnetfeld kann mittels aller in der Elektrotechnik üblichen bekannten Methoden hergestellt werden, also etwa von einem stromdurchflossenen Leiter erregt werden oder von einem permanenten Magneten herrühren. Der das Magnetfeld erregendfe Strom kann ein Teil des zu überwachenden Stromes oder ein Fremdstrom sein. Grundsätzlich ist es möglich, für die Erzeugung des Magnetfeldes Gleichstrom. odIer Wechselstrom zu verwenden. Bei Verwendung eines Wechselfeldes und bei Überwachung von Wechselströmen ist es jedoch wesentlich, @daß der Stromleiter mechanisch so ausgebildet und'. befestigt ist, daß Resonanzschwingungen vermieden. werden., d. h., es, sollen die mechanischen Eigenfrequenzen des Stromleiters, vorzugsweise in Deformationsrichtung, wesentlich höher liegen als die Frequenz der Stromkräfte.
• Es sind bereits Einrichtungen bekannt, welche im Aufbau ähnlich sind, und mit welchen mittels der elektrodynamischen Kräfte von Gleichstrom .die Auslösung von Meß-, Schalt- oder Regelvorgängen bewirkt we rdtn kann. Bei diesen bekannten Vorrichtungen wind: jedoch nur die Größe dies Stromes erfaßt, ohne auf seine zeitliche Änderungsgeschwindi.gkeit besondere Rücksicht zu nehmen. Dies soll jedoch gerade mit der eingangs beschriebenen Vorrichtung möglich sein, deren Aufgabe in erster Linie darin besteht, auftretende überströme ohne Rücksicht darauf, obes sichum-Gleich-oder Wechselströme handelt, sehr rasch zu erfassen. Die Lösung dieser Aufgabe durch elektronische Geräte (Röhren) ist bekannt. Der Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht darin, :daß spie einer dauernden: Wartung bedarf, komplizierter im. Aufbau und außerdem empfindlich im Hinblick sowohl auf mechanische Stöße als auch auf elektrische und magnetische Feldzr ist. Z.nr Vermeitd'ung dieser Nachteile wird das sehr schnelle Erfassen von Überstrom unter Vermeidung elektronischer Mittel gelöst. Hierzu ist nicht nur eine Aufspaltung eines Leiters, wie dies bei bekannten Einrichtungen der Fäll ist, verwendet, sondern es wird! darüber hinaus auf die mechanische Ausbi'ld'ung der Stromleiter insoweit Bedacht genommen, als ihre mechanische Eigenfrequenz vorzugsweise in Deformationsrichtung wesentlich höher gewählt isst als die Frequenz der Stromkräfte.
• Um besonders kurze Ansprechzeiten zu erzielen, wird die mechanische Eigenfrequenz des Stromleiters möglichst hoch gewählt. Dies gilt auch für d'en. Fall, daß de.r überwachte Strom ein Gleichstrom ist. Bei Überwachung von Wechselstrom oder bei überwachung von Gleichstrom in einem wechselnden Magnetfeld ist es wichtig, den Stiom.lei.ter mechanisch so. zu bemessen"daß die Beanspruchung durch Stromkräfte die Dauerwechselfestigkeit nicht. überschreitet. Blei der Wahl des Magnetfeldes ist zu beachten:, daß der Ausschlag des Stromleiters bzw. seine Deformation proportional der durch ihn fließenden Stromstärke ist, falls das Magnetfeld fremderregt wird. Liegt die Eigen frequenz des Stromleiters in Deformationsrichtung tiefer als die Frequenz der Stromkräfte, so würdte in .diesem Falilef eine Deformation,des Leiters nicht stattfinden., weil das Zeitintegral des Stromes bzw. das Zeitintegral der Stromkräfte Null ist. Eine Auslenkung würde hingegen stattfinden., wenn. die Eigenfrequenz des Stromleiters größer ist als die Frequenz der Stromkräfte, weil .in diesem Falle der Stromleiter jederzeit den Stromkräften zu folgen vermag. Wird das Magnetfeld- von einem Teil des zu überwad#,endien Stromes erzeugt, so ist ohne Rücksicht auf .die mechanische Eigenfrequenz des Stromleiters stets eine Deformation etwa proportional diem Quadrat d-es zu überwachenden Stromes zu erwarten. Liegt die mechanische Eigenfrequenz des, Stromleiters über der Frequenz der Stromkräfte, so folgt die Deformation des Stromleiters den Augenblickswerten der rSt.romkräfte, d. h. mit anderen Worten, der Stromleiter schwingt mechanisch mit der Frequenz der Stromkräfte.
• Es ist zweckmäßig, die mechanische Dämpfung des Stromleiters in Deformations-richtung möglichst klein, zu halten, um nennenswerte Phasenverschiebungen. zwischen Stromkraft und Küslenkung zu vermeiden.
• Weitere Gesichtspunkte seien an Hand von Ausführungsbeispiejen näher erläutert. In Fig. 2 ist der Aufri.ß und in Fig.3 der dazugehörige Grundriß eines solchen Hochstromrelais skizziert. Es sind zwei parallele Stromleiter 6 und 7 so angeordnet, daß sie beide je etwa zur Hälfte vom zu überwachenden Strom d'uTchflossen werden und sich wechselseitig beeinflussen. Die beiden Stromleiter 6 und 7 sind' etwa gleichartig ausgebildet und gleichartig zwischen den Böcken 8 befestigt. Die beiden Stromleiter sind an ihren Einspannenden ,elektrisch miteinander verbunden. Die beiden etwa gleichartigen Böcke 8 werden mit verhältnismäßig großer Masse ausgeführt, damit ihre Eigenschwingung an den Stromschienen als Federung sehr niedrig ist gegenüber der Frequenz der Stromkräfte. Die Böcke 8 mitsamt den Stromschienen 6 und 7 sind weichfedernd gelagert (Spiralfedern 9). Die Stromanschlüsse fo zu den Stromleitern 6 und 7 sind flexibel Pusgebildet, und zwar einerseits um Wärmedehnungen der Stromleiter 6 und 7 aufnehmen zu können, und andererseits um gegenseitige Kraftwirkungen zwischen den Stromleitern 6 und 7 und den starren Stromanschlüssen i i zu vermeiden. Die Gesamtanordnung ist auf einer festen Unterlage 12 montiert.
• In der Mitte der beiden Stromleiter ist eine Kontakteinrichtung angeordnet, welche der übersichtlichkeit halber in Fi.g. q, groß herausgezeichnet ist. Die Kontakteinrichtung besteht im wesentlichen aus den beiden Kontaktknöpfen 13 und 1q., welche zweckmäß.igerweise aus einem für Kontakte . besonders geeigneten Material hergestellt werden. Die Kontakte 13 und 14 sind gegenüber ihren Trägern 6 undi 7 mittels Buchsen 15, 16, 17 und einer Platte 18 elektrisch, isoliert. Der Kontaktknopf 14 wird durch eine Feder i9 in Richtung auf den Gegenkontakt 13 gedrückt, ohne jedoch in der Ruhelage den Kontakt 13 zu berühren. Die Feder i9 hat den Zweck, den Kontakt 14 nach,gi@ebi.g zu halten, so daß selbst im Grenzfalle, bei welchem die beiden Stromleiter 6 und 7 einander berühren, infolge der Stromkräfte eine. Beschädigung der Kontakte 13 und 14 nicht eintritt. Der Kontaktknopf 13 ist mittels einer Mikrometerschraube 2o in seiner Entfernung zum Kontakt 14 einstellbar. Die Zuleitungen 21 zu .den Kontakten 13 und 1,4 werden zweckmäßigerweise möglichst induktionsarm verlegt, um in der gesteuerten Leiterschleife rasche Stromanstiege zu ermöglichen und die Induktion von unerwünschten Fremdspannungen möglichst zu verhindern.
• Derart ausgebildete Relais können mit Hilfe einfacher Einrichtungen :dahin ergänzt werden., daß die Größe .der Deformation wenigstens eines Stromleiters und damit die Größe des durch ihn fließenden Stromes gemessen werden kann. Eine derartige Einrichtung ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. In dieser Fig. 5 sind die :sich mit der Fig. i deckenden Teile gleich bezeichnet. Es ist darüber hinaus noch ein Zeiger 22- mit Skala 23 vorgesehen, welcher die Größe der Deformatg-on abzulesen gestattet. Die Anordnung kann naturgemäß auch so getroffen bzw. geeicht werden, daß eine Messung des zu überwachenden: Stromes möglich ist. Die Art der Anzeige ist in Fig. 5, wie bereits erwähnt, nur schematisch angedeutet. Zur Messung dies Stromes bzw. zur Messung der Deformation des Stromleiters können beliebige Mittel der Technik, welche eine Übersetzung kleiner mechanischer Wege in entsprechend größere Wege gestattet, verwendet werden; die Anwendung von, optischen Vergrößerungsverfahren sei hier besonders erwähnt.
• In Fig. 6 ist noch ein Anwendungsbeispiel für das gemäß den Fig.2 bis q. beschriebene Relais schematisch skizziert. Die sehr kurze Ansprechzeit dieser Relais wird besonders in den Fällen mit Vorteil ausgenutzt werden können, wenn,derartige Relais in Verbindung' mit, schnellarbeitenden Schaltorganen, vorzugsweise solchen Schaltorganen stehen, bei welchen mindestens teilweise chemische Energiequellen wirksam sind, wobei unter chemischen Energiequellen Spreng- oder Treibladungen zu verstehen sind. In Frg. 6 ist eine Sprengsicherung 2q. gezeigt. Sie besteht im wesentlichen aus einer Blechtafel, auf dier etwa in der Mitte eine detoüierencle Sprengschnur 25 angebracht. ist. Der zu überwachende Strom wird bei 26 zugeführt und verläßt die Sprengsicherung über den Leiter 27, um von dort über die beiden Stromschienen 6 und 7 des Hochstromrelai:s und das Leitierstück 28 weggeführt zu werden. An der Sprengschnur 25 ist ein Zünder 29 angebracht, welcher z. B. elektrisch mittels einer Niederspannungsstromquelle 30, zum Ansprechen gebracht werden kann.. Überschreitet der zu überwachende Strom eine bestimmte Stromstärke, so geben. de an den Stromschienen 6 und- 7 befestigten Kontakte 13 und 14 Kontakt undl schließen damit den Stromkreis der Stromquelle 30 über den Zünder 29, so daß die Sprengschnur 2:5 zur Detonation gebracht wird und das Sicherungsblech 24 aufgerissen und damit der Strompfad 26 biss 28 unterbrochen wird. Der entstehende Unterbrechungslichtbogen wird durch Explosion ebenfalls schnell beseitigt.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrisches Rdlais, vorzugsweise Hochstromrelais, bei. welchem durch Deformation von wenigstens einem Stromleiter des zu überwachenden Stromkreises infolge der Stromkraft in einem Magnetfeld mindestens ein' Relaiskontakt betätigt wird, dadurch, gekennzeichnet, daß die mechanische Eigenfrequenz des Stromleiters vorzugsweise in Deformationsrichtung wesentlich höher liegt als die Frequenz der Stromkräfte.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromleiter des zu überwachenden Stromkreises mindestens einen Teil dies überwachten Stromes führt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld von einem stromdurchflossenen Leiter erzeugt wird. q.. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, @daß der das Magnetfeld erzeugende Leiter von wenigstens einem Teil -des zu überwachenden Stromes durchflossen wird,. 5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch ge- kennzeichnet, daß der :das Magnetfeld erzeugende Leiter von einem fremden Strom durchflossen wird. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der das Magnetfeld, erzeugende Strom ein Gleichstrom ist. 7. Anordnung nach. Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der das Magnetfeld erzeugendie Strom ein Wechselstrom ist. B. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld von einem permanenten Magnet erzeugt wird. g. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld von einem Elektromagnet erzeugt wird. io. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Stromleiter mechanisch so ausgebildet und befestigt sind., daß Resonanzschwingungen vermieden werden. i i. Anordnung nach Anspruch i o, dadurch gekennzeichnet, daß auch bei Überwachung von Gleichstrom die mechanische Eigenfrequenz des Stromleiters in Deformationsriehtung möglichst hoch liegt. 12. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis i i, dadurch gekennzeichnet, daß Stromleiter mechanisch so bemessen sind, daß ihre Beanspruchung durch Stromkräfte ihre Dauerweehselfestigkeit nicht überschreitet. 13. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche i biss 12, dadurch, gekennzeichnet, daß Stromleiter so angeordnet und bemessen sind, @daß ihre Deformation bei Übersitrömen innerhalb des elastischen Bereiches bleibt. 1q.. Anordnung nach einem oder mehreren. der Ansprüche i bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Dämpfung von Stromleitern in Deformationsrichtung möglichst gering ist. 15. Anordnung mach einem oder mehreren der Ansprüche i biss 1q., ddurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Stromleiber eine Kontakteinrichtung trägt, die bei Erreichen einer De-.., formation vorbestimmter Größe auf einer vorzugsweise gefedert gelagerten Gegenkontakteinrichtung eine vorgegebene Schalthandlung ausführt. 16. Äno:rdnung nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 15, dadurch gekennzeichnet, .daß der Stromleiter und der das Magnetfeld erzeugende Leiter als parallele, vom zu überwachenden Stromdurchflossene Leiter ausgebil-det sind-, so,daß sie sich wechselseitig beeinflussen. 17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, -daß die beiden Stromleiter mechanisch etwa gleichartig ausgebildet sind. 18. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, &ß die beiden: Stromleiter miechanisch etwa gleichartig befestigt sind. ig. Anordnung nach Anspruch. 18, dadurch gekennzeichnet, d'aß die Stromleiter zwischen zwei etwa gleichartigen Böcken vorzugsweise großer Masse aufgespannt sind'. 2o. Anordnung nach Anspruch ig, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleiter an den Einsspannenden elektrisch miteinander verbunden sind. 2i. Anordnung nach Anspruch ig, dadurch gekennzeichnet, daß die Böcke federnd. gelagert sind. 22. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromanschlüsse zu den Stromleitern flexibel sind. 23. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß in, der Mitte jedes Sstromleiters ein leichter Kontaktknopf isoliert befestigt ist, von denen der eine durch Federkraft in Richtung auf den anderen hin vorgespannt ist, während der andere z. B. mit Hilfe einer Mikrometerschraube eingestellt werden kann. 2q4 Anordnung nach einem odler mehreren der Ansprüche i bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, welche die Größe der Deformation wenigstens eines Stromleiters und: :damit ,die Größe des durchfließenden Stromes zu messen gestatten. a5. Anordnung nach Anspruch. 2q., dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung die Größe des zu überwachenden Stromes zu messen gestattet. a6. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 25, gekennzeichnet durch ihre Verbindung mit schnellarbeitenden Schaltorganen, vorzugsweise solchen Schaltorganen., bei welchen mindestens teilweise chemische Energiequellen wirksam sind:. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 697 g66.