DE1514089C - Elektrothermisch gesteuertes Schalt relais - Google Patents

Description

Die zur Zeit allgemein gebräuchlichen Schaltrelais haben den Nachteil, daß die Einstellung der Kontaktdrucke sehr viel Justierarbeit erfordert und daß ihre Qualität von dieser Justierarbeit stark abhängig ist. Wenn aus diesem Grunde Mikroschalter mit Schnappkontakt für Relais verwendet werden, dann erfolgt die Betätigung der Schaltkontakte durch ein Magnetsystem oder bei Verzögerungs-Relais durch Bimetallfedern, weiche durch einen Heizwiderstand erwärmt werden.

Die Betätigung von Mikroschaltern durch ein Magnetsystem hat zwar den Vorteil, daß sehr kurze Schaltzeiten möglich sind, jedoch ist die Anordnung in Verbindung mit Magnetspulen und Magnetankern verhältnismäßig aufwendig. Femer wirkt die unvermeidliche Induktivität vielfach störend. Weiterhin stellt die Miniaturbauweise hohe Anforderungen bei der Fabrikation, was zu einer entsprechenden Verteuerung führt. Außerdem erzeugt bei Wechselstromrelais ein Magnetsystem störende Brummgeräusche, ao während in Hochfrequenzstromkreisen eine Verteuerung durch schaltungstechnische Maßnahmen in Kauf genommen werden muß. Es ist daher für Steuerungszwecke, bei denen keine raschen Schaltimpulse erforderlich sind oder bei denen sogar Schaltverzögerungen in der Größenordnung von etwa 0,1 bis 3 see gewünscht werden, ein einfaches Betätigungssystem sehr gesucht. Die vorerwähnte bekannte Lösung mit Bimetallfeder und Heizelement eignet sich nur für größere Verzögerungs- und Rückstellzeiten.

Man ist daher auch schon dazu übergegangen, elektrothermisch gesteuerte Schaltrelais so aufzubauen, daß das betreffende Schaltglied durch einen Hitzdraht betätigt wird, der durch eine in seiner Längsrichtung wirkende Feder gespannt ist. Dabei können jedoch derartige Schaltrelais nur im Schwachstrombereich verwendet werden, so daß für den Bereich von Starkstrom nach wie vor ein Bedürfnis für Relais vorliegt, bei denen zur Steuerung des Schaltgliedes Hitzdrähte zur Anwendung kommen können. Diese Begrenzung des Anwendungsbereiches für die bekannten Schwachstrom-Schaltrelais ergibt sich daraus, daß der Hitzdraht grundsätzlich ungeeignet ist, die Kontakte eines Starkstromkreises zu steuern, da hier ein relativ großer Kontaktdruck und ein schnelles Ein- und Ausschalten gefordert wird. Außerdem ist bei der Verwendung von Hitzdrähten das Problem zu berücksichtigen, daß dieselben unter der ständigen Einwirkung äußerer Einflüsse stehen, z. B. Temperaturänderungen in der Umgebung, Einwirkung von Staub und Feuchtigkeit, bleibende Längenänderungen infolge längerer Lebens- und Betriebsdauer, Ermüdungserscheinungen, so daß häufige Regulierungsarbeiten oder verwickelte selbsttätig arbeitende Nachstellvorrichtungen unerläßlich sind, was sich insbesondere dann ungünstig auswirkt, wenn Mikroschalter an Steife der üblichen Schaltelemente eingesetzt werden sollen.

Bei einer bekannten Relaisform mit Hitzdrahtsteuerung (deutsche Patentschrift 383 460) werden die durch F.rwärnuing oder Abkühlung bewirkten Längcnändcruiigcn des Hitzdrahtes auf den beweglichen Kontakt übertragen, der sich dementsprechend allmählich von dem festen Kontakt entfernt bzw. demselben sich nähert. Das gleiche gilt für eine weitere bekannte Ausführungsart (Buch »Time Relays«, Ci. V. Drozhinin, S. 61, Fig. 30), da sich auch hier die Entfernung zwischen den Kontakten nur allmählich vermindert bzw. vergrößert und eine nur allmähliche Änderung des Kontaktdruckes entsprechend den Längenänderungen des Hitzdrahtes eintritt. Ähnliche Erwägungen treffen zu für weitere bekannte Ausführungsformen (französische Patentschrift 1 190 257 und deutsche Patentschrift 1 060 273).

Bekannt ist ferner ein Blinklichtgerät mit einem durch Hitzdrähte gesteuerten Blinklichtgeber und einer Kontrollampe (deutsche Patentschrift 929 958). Dabei ist ein die Kontakte steuerndes Schwingstück vorgesehen, in welchem eine Springfeder schwingend angeordnet ist und welches mit den Hitzdrähten, die bei bestimmter festgelegter Länge an Lagerungen des Sockels des Blinklichtgebers befestigt sind, über Koppelstücke mechanisch federnd verbunden ist. Bei der Dehnung der Hitzdrähte infolge deren Erwärmung bringen die federnden Koppelstücke das Schwingstück sprunghaft zur Kontaktgabe, indem dieSpringfeder Bewegungen durch ihre Totpunktlage ausführt. Bei diesem Gerät werden die besonders im unteren Temperaturbereich auf die Hitzdrähte einwirkenden äußeren Einflüsse wie Staub, Feuchtigkeit, Umgebungstemperatur u. dgl. nicht kompensiert. Es besteht die Gefahr, daß die Schaltbewegungen unregelmäßig und unter Umständen fehlerhaft ausfallen, was nur durch eine komplizierte Nachregelung der Hitzdrähte zu beheben wäre.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein auch für den Starkstrom verwendbares Schaltrelais zu schaffen, bei dem es auf eine steile und schnelle Veränderung des Kontaktdruckes und Kontaktabstandes ankommt. Dabei soll dieses Schaltrelais mit einem Hitzdraht betätigt werden, der keiner laufenden Nachjustierung bedarf. Ausgehend von von einem elektrothermisch gesteuerten Schaltrelais, dessen Schaltglied sprunghaft durch einen unter Federspannung stehenden und an seinen Enden fest eingespannten Hitzdraht betätigt wird, welcher bei einer Längenänderung mit seiner Querauslenkung die Betätigung des Schaltgliedes bewirkt, wird diese Aufgabe gelöst durch die'Verwendung eines Mikroschalters als Schaltglied, dessen Schalthebel mit seiner Bewegungsrichtung quer am Hitzdraht federnd angreift, sowie durch eine in Längsrichtung des Hitzdrahtes an diesem angreifende Spannfeder, deren Federweg durch einen Anschlag auf einen im unteren Temperaturbereich liegenden Betrag begrenzt ist, bei dem der Mikroschalter noch nicht betätigt wird.

Der Hitzdraht ist somit geradlinig gespannt. Bleibende Längenänderungen des Hitzdrahts durch äußere Einflüsse sowie z. B. durch Ermüdung des Materials werden durch die Spannfeder ausgeglichen, ohne auf die Schaltfunktion einen Einfluß zu haben. In einer ersten Phase der Erwärmung mit entsprechender Verlängerung des Hitzdrahtes bleibt derselbe durch die Spannfeder gespannt, so daß der Mikroschalter zunächst noch nicht betätigt wird (neutralisierte Phase). Erst wenn die Spannfeder auf ihrem Anschlag aufliegt, wird diese neutralisierte Phase von der eigentlichen »Schaltphase« abgelöst, die somit in einem höheren Temperaturbereich liegt. Dies wiederum bringt eine besondere Schaltcrcharakteristik mit sich. Die Erwärmung des Drahtes, und somit auch seine Längenänderung, erfolgt nämlich —. als Funktion der Zeit betrachtet — einer e-Kurve entsprechend im unteren Temperaturbereich zunächst schnell und in den höheren Temperatur-

bereichen immer langsamer. Die genannten äußeren Einflüsse wirken sich aber vor allem in den unteren Temperaturbereichen aus, wobei sie jedoch entsprechend der schnellen Erwärmung des Hitzdrahtes schnell überwunden werden und keine ins Gewicht fallende Streuungen verursachen können. Im oberen Temperaturbereich ist der Hitzdraht bereits praktisch frei von diesen Einflüssen, sein Verhalten ist also von bemerkenswerter Konstanz. Damit sind auch die Voraussetzungen geschaffen, um eine Querauslenkung des Hitzdrahtes zur Betätigung des Mikroschalters auszunutzen. Dabei ermöglicht die, bezogen auf die Längenänderung, verhältnismäßig große Querauslenkung eine schnelle Schalterbetätigung. Bereits eine geringfügige Längenänderung des Hitzdrahtes, sozusagen mit Übersetzung, wird somit in eine relativ große Schaltbewegung verwandelt.

Nachstehend wird die Erfindung für ein Ausführungsbeispiel an Hand einer schematischen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht,

Fig. 2 eine Stirnansicht dieses Beispiels.

Auf einer winkelförmigen Grundplatte 1 aus Metall ist ein Mikroschalter 2 mittels Schrauben 3 befestigt. Mit dem Betätigungsorgan 4 des Schalters 2 wirkt ein Schalterhebel 5 zusammen, welcher an dem Lagerstück 6 gelagert ist und mit einem rückwärtigen Anschlag 7 zusammenwirkt. Das freie Ende des Schalterhebels 5 ist mit einer Isolierkappe 8 versehen, die mit einem Hitzdraht 9 zusammenwirkt. Dieser Hitzdraht 9 ist einenends bei 10 an der Grundplatte 1 befestigt und mit einer Anschlußfahne 11 versehen, während er andernends über eine Blattfeder 12 geführt ist, die an einem Lappen 13 des Grundgestells befestigt ist, an welchem auch das betreffende Ende des Hitzdrahtes 9 festgelegt ist, das mit einer Anschlußfahne 14 verbunden ist. Das freie Ende der Blattfeder 12 wirkt mit einem Anschlaglappen 15 der Grundplatte 1 zusammen. Der Hitzdraht 9 ist so gespannt, daß er, wenn er nicht von Strom durchflossen wird, den Schalterhebel 5 in eine Stellung drückt, in welcher der Mikroschalter 2 etwas über den Schaltpunkt hinaus in Ruhestellung ist. Wird nun an die Anschlüsse 11 und 14 eine Spannung angelegt, dann fließt ein Strom durch den Hitzdraht 9, welcher sich vorerst unter Streckung der Blattfeder 12 so weit dehnt, bis das Ende dieser Feder am Anschlaglappen 15 ansteht. Bei weiterer Dehnung des Hitzdrahtes 9 bewegt sich der Hebel 5 des Mikroschalters 2 über den Schaltpunkt hinaus bis zum Anschlag 7 nach oben. Bei Unterbrechung des Steuerstromkreises wird der Hitzdraht 9 stromlos und kühlt sich ab, und der Mikroschalter geht im Bruchteil einer Sekunde wieder in die Ausgangslage zurück. Die den Hitzdraht unter Vorspannung haltende Blattfeder 12 hat die Aufgabe, klein.e dauernde Längenänderungen des Hitzdrahtes auszugleichen, damit sich solche Veränderungen auf die Funktionssicherheit nicht nachteilig auswirken können. Ferner dient der Anschlag 7 dazu, den Hitzdraht 9 im Augenblick, in dem er seine Zugfestigkeit wegen der starken Erwärmung teilweise eingebüßt hat, vom Einfluß des Schalterhebels 5 zu entlasten, so daß er auch bei sehr starker Erwärmung sich nicht

ίο strecken kann.

Durch die Wahl des Hitzdrahtdurchmessers können die elektrischen Daten des Relais wie Steuerspannung, Steuerstrom und Schaltverzögerung in gewissen Grenzen den gewünschten Anforderungen angepaßt werden. Der Durchmesser des Hitzdrahtes wird dabei größer gewählt, als dies aus Festigkeitsgründen für eine sichere Funktion nötig wäre. Auch ist es im Gegensatz zu einem Magnetankerrelais möglich, die Schaltverzögerung durch Veränderung der Steuer-

ao spannung oder des Steuerstromes in weitem Bereich zu variieren.

Wie in Fig. 1 in strichpunktierten Linien angedeu-' tet ist, kann neben dem Mikroschalter 2 auf der Grundplatte 1 noch ein zweiter Mikroschalter 16 anas geordnet werden, dessen Schalterhebel mit demselben Hitzdraht zusammenwirkt wie der Schalterhebel des Schalters 2. Wie ferner in F i g. 2 angedeutet ist, können auch zwei oder mehrere Schalter 17, 18 über dem Schalter 2 übereinander angeordnet werden, deren Hebel auf geeignete Weise untereinander gekuppelt werden, so daß sie durch den gleichen Hitzdraht betätigt werden.

Es ist auch möglich, mehrere Grundplatten mit verschiedenen Kombinationen von Mikroschalter und Hitzdraht in ein gemeinsames Gehäuse einzubauen und dieses mit einem Stecksockel zu versehen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrothermisch gesteuertes Schaltrelais, dessen Schaltglied sprunghaft durch einen unter Federspannung stehenden und an seinen Enden fest eingespannten Hitzdraht betätigt wird, welcher bei einer Längenänderung mit seiner Querauslenkung die Betätigung des Schaltgliedes bewirkt, gekennzeichnetdurch die Verwendung eines Mikroschalters als Schaltglied, dessen Schalthebel mit seiner Bewegungsrichtung quer am Hitzdraht federnd angreift, sowie durch eine in Längsrichtung des Hitzdrahtes an diesem angreifende Spannfeder, deren Federweg durch einen Anschlag auf einen im unteren Temperaturbereich liegenden Betrag begrenzt ist, bei dem der Mikroschalter noch nicht betätigt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen