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Dokumentenidentifikation DE10058068B4 16.05.2007
Titel Thermisches Überlastrelais
Anmelder Fuji Electric Co., Ltd., Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder Morishita, Fumihiro, Kawasaki, JP;
Fukaya, Naoki, Kawasaki, JP;
Okutsu, Teruhisa, Kawasaki, JP;
Furuhata, Yukinari, Kawasaki, JP;
Ohgami, Toshikatsu, Kawasaki, JP
Vertreter Hoffmann, E., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 82166 Gräfelfing
DE-Anmeldedatum 23.11.2000
DE-Aktenzeichen 10058068
Offenlegungstag 07.06.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.05.2007
IPC-Hauptklasse H01H 73/22(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01H 71/74(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermisches Überlastrelais zur Verbindung in Verbindung mit einem elektromagnetischen Schaltschütz, und insbesondere einen Umschaltmechanismus zur Stabilisierung des von dem Überlastrelais durchgeführten Umschaltvorgangs.

Zum Schutz eines Elektromotors vor einer Überlast, ist es allgemein üblich, ein thermisches Überlastrelais mit einem elektromagnetischen Schaltschütz zu kombinieren, das mit der Stromversorgungsschaltung für den Elektromotor verbunden ist, wobei das Schaltschütz den Strom bei Überlast abschaltet und den Elektromotor stoppt. Die 4 und 5 zeigen ein thermisches Überlastrelais, wie es in der nicht vorveröffentlichten JP 2000-260289 beschrieben wird. 4 ist eine Ansicht des internen Mechanismus des Relais in dessen stationärem oder Ruhezustand ist, während 5 die gleiche Ansicht im Überlastzustand zeigt.

In diesen Figuren sind ein Hauptgehäuse mit 1, ein Bimetall mit 2 (nur eine Phase einer dreiphasigen Schaltung ist dargestellt), ein mit der Spitze bzw. dem freien Ende des Bimetalls 2 verbundener Betätigungsstift mit 3, ein Umschaltmechanismus zum Öffnen oder Schließen von Kontakten mit 4, ein Ruhekontakt, der ein bewegliches Kontaktstück 5a und ein feststehendes Kontaktstück 5b enthält, mit 5, ein Arbeitskontakt, der ein feststehendes Kontaktstück 6a und ein bewegliches Kontaktstück 6b enthält, mit 6, ein Auslösehebel mit 7, eine Einstellstange mit 8 und eine Einstellscheibe mit 9 bezeichnet. Der Auslösehebel 7 ist um einen Anlenkpunkt 7b drehbar angeordnet und verbindet den Betätigungsstift 3 mit dem Umschaltmechanismus 4. Die Einstellstange 8, deren unteres Ende in einem im Hauptgehäuse 1 ausgebildeten Schlitz 1a gelagert ist, ist mit dem proximalen Ende des Auslösehebels 7 am Anlenkpunkt 7b gekoppelt. Die Einstellscheibe 9 besitzt eine Nockenfläche 9a, an der ein oberes Ende 8a der Einstellstange 8 anstößt. Der Umschaltmechanismus 4 umfaßt eine Schwenkplatte 10, deren eines Ende in einer V-förmigen Nut 11a eines im wesentlichen U-förmigen Tragstücks 11 verriegelt und gelagert ist, eine Zug- oder Spannfeder (Umschaltantriebsfeder), die zwischen einem Spitzenabschnitt 10a der Schwenkplatte 10 und einem Federhalteabschnitt 11b des Tragstücks 11 gespannt ist, und einen Arbeitskontakt-Antriebshebel 13, der von der Schwenkplatte 10 in Form des Buchstaben L nach hinten ragt. Das bewegliche Kontaktstück 5a des Ruhekontakts 5 ist an einem vorderen Abschnitt oder Spitzenabschnitt der Schwenkplatte 10 angebracht. Das feststehende Kontaktstück 5b des Ruhekontakts 5 ist an einem Kontakthalter 14 in der Form einer flachen Feder angebracht, dessen eines Ende am Boden des Hauptgehäuses 1 befestigt ist, so daß der Kontakthalter horizontal im Relais liegt.

Die Spannfeder 12 umfaßt einen schraubenfederartigen Abschnitt 12b aus einem Draht aus Federstahl sowie zu beiden Enden dieses Abschnitts 12b Hakenabschnitte. Der Auslösehebel 7besitzt einen halbkreisförmigen Vorsprung 7a, der an dem Federdraht etwa in der Mitte der Spannfeder 12 anliegt.

Bei diesem Aufbau ist in dem in 4 gezeigten stationären Zustand die bewegliche Schwenkplatte 10 des Umschaltmechanismus 4 gegenüber ihrer neutralen Position unter der Kraft der Spannfeder 12 im Uhrzeigersinn verkippt, und das bewegliche Kontaktstück 5a des Ruhekontakts 5 (der mit der Elektromagnetspule des Schaltschützes in Reihe geschaltet ist) wird gegen das feststehende Kontaktstück 5b gedrückt, um den Ruhekontakt im Einschaltzustand zu halten. In diesem Zustand ist der Arbeitskontakt 6 geöffnet.

Wenn dann ein Überstrom durch die Hauptschaltung fließt, wird das Bimetall 2 erhitzt und verbiegt sich, so daß sich sein freies Ende bewegt und den Betätigungsstift 3 nach rechts verschiebt. Der Auslösehebel 7 verschwenkt sich daraufhin um den Anlenkpunkt 7b von der in 5 gestrichelt gezeichneten Stellung zu der ausgezogen gezeichneten Stellung. Wenn dabei der Federdraht in der Mitte der Spannfeder 12 des Umschaltmechanismus 4 von dem Vorsprung 7a des Auslösehebels 7 nach oben gedrückt wird und die Auslenkung der Spannfeder den Totpunkt der beweglichen Schwenkplatte 10 überquert, wird die Schwenkplatte 10 schnell umgeklappt, wodurch das bewegliche Kontaktstück 5a des Ruhekontakts 5 von dem feststehenden Kontaktstück 5b getrennt wird. Zugleich drückt der Antriebshebel 13 einen beweglichen Kontaktschuh, an dem das bewegliche Kontaktstück 6b angebracht ist, um dieses mit dem feststehenden Kontaktstück 6a in Kontakt zu bringen und den Arbeitskontakt 6 einzuschalten.

Als nächstes wird die Einstellung des Auslösestromwerts des Überstromrelais unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Wenn die Einstellscheibe 9 gedreht wird, wird die Einstellstange 8, deren oberes Ende 8a an der Nockenfläche 9a anliegt, um den Schlitz 1a im Hauptgehäuse 1 von einer ausgezogen gezeichneten Stellung in Richtung auf eine gestrichelt gezeichnete Stellung ausgelenkt. In Verbindung damit kann der Auslösehebel 7, der mit der Einstellstange 8 gekoppelt ist, von einer ausgezogen gezeichneten Position in Richtung auf eine gestrichelt gezeichnete Position verschwenkt werden, was den Spalt zwischen dem Auslösehebel 7 und dem ihm zugewandten Ende des Betätigungsstifts 3 verändert. Diese Einstellung des Auslösestromwerts bewirkt außerdem, daß sich der Vorsprung 7a des Auslösehebels 7 in eine Richtung A (nach rechts) in der Figur bewegt (wobei der Bewegungsbereich des Vorsprungs 7a in der Figur mit C bezeichnet ist).

Das thermische Überlastrelais mit dem oben beschriebenen bekannten Aufbau weist die folgenden Probleme bezüglich seiner Betriebseigenschaften auf.

Wenn der Auslösestromwert durch Drehen der Einstellscheibe 9 in oben beschriebener Weise eingestellt wird, bewegt sich der Vorsprung 7a des Auslösehebels 7 relativ zu dem Federdraht, an den der Vorsprung anstößt, in der Richtung A längs der Mitte des Federdrahts (innerhalb des Bewegungsbereichs C). Wenn der Vorsprung 7a längs dem Federdraht in seitlicher Richtung verschoben wird, ändert sich die scheinbare seitliche Steifigkeit der Spannfeder 12, was die Umschaltcharakteristik der Schwenkplatte 10 ändert. Anders ausgedrückt, wenn sich die Position des Vorsprungs 7a in der Richtung A relativ zum Federdraht bewegt, nimmt der Abstand zwischen dem Vorsprung 7a und dem oberen Ende der Spannfeder 12 (entsprechend dem Ende 10a der Schwenkplatte 10) ab, was die scheinbare seitliche Steifigkeit der Feder erhöht. Dadurch wird die Biegung der Spannfeder 12 verringert, wenn sie von dem Betätigungsstift 3 über den Auslösehebel 7 als Folge eines Verbiegens des Bimetalls 2 gestoßen wird. Folglich kann die Schwenkplatte 10 des Umschaltmechanismus 4 nicht rasch umklappen, sondern wird langsam nach oben versetzt.

Aus der US 4,763,096 ist ein Überlastrelais mit einem Bimetallelement bekannt, das sich bei einem Überstrom verbiegt und durch die Betätigung eines ersten Hebels einen zweiten Hebel von einem Halteelement entkoppelt. Durch eine Bewegung des zweiten Hebels wird ein Umschaltmechanismus zum Öffnen oder Schließen eines Kontakts betätigt, wobei beim Öffnen des Kontakts ein bewegliches Kontaktelement von einem feststehenden Kontaktelement getrennt wird. Das bewegliche Kontaktelement ist auf einem starren plattenförmigen Abschnitt eines Trägerbauteils gelagert, das neben dem starren plattenförmigen Abschnitt einen starren gebogenen Abschnitt sowie einen mit einem Vorsprung ausgebildeten elastischen Federabschnitt aufweist, dessen Ende im unbetätigten Zustand des Überlastrelais von einem Lagerzapfen des zweiten Hebels durch eine Kraft nach unten gedrückt wird. Wenn sich das Bimetallelement unter einer Überlast verbiegt, wird der zweite Hebel, wie oben ausgeführt, von dem Halteelement entkoppelt und durch die Kraft des elastischen Federabschnitts des Trägerbauteils sowie die Kraft einer Haarnadelfeder im Uhrzeigersinn verschwenkt, bis der Lagerzapfen des zweiten Hebels in Anlage an den starren gebogenen Abschnitt des Trägerbauteils gerät und dadurch eine Kraft auf das um einen Befestigungsstift schwenkbar gelagerte Trägerbauteil aufbringt. Infolge dieser vom dem Lagerzapfen des zweiten Hebels auf den starren gebogenen Abschnitt des Trägerbauteils aufgebrachten Kraft wird das Trägerbauteil im Gegenuhrzeigersinn um den Befestigungsstift verschwenkt, so dass das bewegliche Kontaktelement von dem feststehenden Kontaktelement getrennt wird. Eine Einrichtung zur Einstellung eines Auslösestromwerts umfasst ein Einstellrad, das über ein Einstellelement mit einem Ende des zweiten Hebels gekoppelt ist, wobei durch eine Drehung des Einstellrads ein Abstand zwischen dem Bimetallelement und dem ersten Hebel und somit ein Auslösestromwert eingestellt werden kann.

Die EP 0 809 270 A2 offenbart ein thermisches Überlastrelais mit einer Mehrzahl von Bimetallelementen, die sich bei einem Überstrom verbiegen und einen Auslösehebel in Bewegung versetzen. Wenn der Auslösehebel gegen einen mittleren Abschnitt einer mit einem unterhalb des mittleren Abschnitts angeordneten Vorsprung versehenen Plattenfeder drückt, schnappt die Plattenfeder im Gegenuhrzeigersinn um. Infolge dessen wird durch eine Bewegung eines ersten Endes der Plattenfeder ein erster Kontakt geöffnet, wohingegen ein zweiter Kontakt durch das Zusammenwirken des ersten Endes der Plattenfeder mit einem Betätigungshebel geschlossen wird.

Die DE 37 35 161 C2 beschreibt ein wärmeempfindliches Überlastrelais mit einem Bimetall, das in Abhängigkeit eines Stroms gebogen wird, und einem Schnappmechanismus mit einer Kipphebeleinrichtung, um im Grundzustand geschlossene sowie im Grundzustand geöffnete Kontakte in Reaktion auf ein Verbiegen des Bimetalls zu betätigen.

Die DE 38 40 064 A1 offenbart ein thermisches Relais mit einem in einem. Gehäuse untergebrachten Bimetallauslöser, einer Übertragungseinrichtung und einem Hilfsschalter mit einer um eine Lagerachse bewegbaren Schaltwippe. Bei einer Bimetallausbiegung schaltet die Übertragungseinrichtung durch Auslösen der Bewegung der Schaltwippe den Hilfsschalter, wobei der Schwerpunkt der Schaltwippe durch Masseverteilung in der Lagerachse bzw. in der Nähe der Lagerachse liegt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das oben beschriebene Problem des Standes der Technik zu. beseitigen und ein verbessertes thermisches Überstromrelais zu schaffen, das unabhängig von der Einstellung des Auslösestroms stabil umschaltet und stabile Eigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein thermisches Überlastrelais gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 2.

Selbst wenn bei dem erfindungsgemäßen Aufbau gemäß Anspruch 1 eine Betätigung der Einstellscheibe über die Einstellstange zu einer Verstellung des Auslösehebels führt, bleibt ein stabiler Umschaltbetrieb gewährleistet, da die Position des Vorsprungs in der Mitte des Federdrahts der Spannfeder unverändert bleibt.

Bei der Weiterbildung des Anspruchs 2 wird eine Auslenkung der Spannfeder zur Ermöglichung einer noch stabileren Umschaltung unterdrückt.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Ansicht des internen Aufbaus eines thermischen Überlastrelais gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im stationären Zustand,

2 eine Ansicht des internen Mechanismus des Überlastrelais gemäß 1 im Überlastzustand,

3 eine Ansicht der Spannfeder des Überlastrelais der 1 und 2,

4 eine Ansicht des internen Aufbaus eines herkömmlichen thermischen Überlastrelais im stationären Zustand, und

5 eine Ansicht des internen Aufbaus des herkömmlichen Überlastrelais im Überlastzustand.

Das in den 1 und 2 dargestellte thermische Überlastrelais gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gleicht im wesentlichen dem in den 4 und 5 dargestellten und eingangs erläuterten bekannten thermischen Überlastrelais, von dem es sich vor allem in der Spannfeder 20 sowie in dem Wegfall des Vorsprungs 7a des Auslösehebels 7 unterscheidet. Diese Unterschiede werden nachfolgend erläutert.

3 zeigt die Spannfeder 20, die zwischen der Schwenkplatte 10 des Umschaltmechanismus 40 und dem Federhalteabschnitt 11b des Tragstücks 11 gespannt ist. Wie dargestellt, umfaßt die Spannfeder 20 einen Federdraht 20a aus Federstahl mit einem schraubenfederartigen Abschnitt 20b und Hakenabschnitten 20c, die in der Darstellung von 3 an den vertikal entgegengesetzten Enden ausgebildet sind. Ein Vorsprung 20d ist zwischen dem Hakenabschnitt 20c am oberen Ende und dem Schraubenfederabschnitt 20b ausgebildet. Wie in den 1 und 2 gezeigt, liegt der Vorsprung 20d an einem flachen Flächenabschnitt 70a des Auslösehebels 70 an. Statt des Vorsprungs 7a beim beschriebenen Stand der Technik ist also beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein flacher Flächenabschnitt 70a vorgesehen. Der Vorsprung 20d ist so ausgebildet, daß er bzw. seine Spitze gegenüber einer die Hakenabschnitte 20c, bzw. die Einhängpunkte an den Hakenabschnitten, verbindenden Linie um eine Strecke Y versetzt ist.

Wie bereits ausgeführt, handelt es sich bei dem Teil des Auslösehebels 70, der in Anlage mit dem Vorsprung 20d der Spannfeder 20 kommt, um einen ebenen Flächenabschnitt 70a. Der Flächenabschnitt 70a ist ausreichend bemessen, um eine Relativbewegung zwischen sich und dem Vorsprung 20d der Spannfeder 20 um den seitlichen Bewegungsbereich C zu ermöglichen, um den sich die Kontaktstelle zwischen dem Vorsprung 20d und dem Flächenabschnitt 70a bewegt, wenn die Einstellscheibe 9 betätigt wird. In dem in 1 gezeigten stationären Zustand, wird der Vorsprung 20d, der sich in der Mitte der Spannfeder 20 befindet, von dem Flächenabschnitt 70a des Auslösehebels 70 gedrückt.

Selbst wenn bei dieser Ausbildung die Einstellscheibe 9 betätigt wird, und sich dabei der Flächenabschnitt 70a des Auslösehebels 70 in der Richtung A in 1 bewegt, ändert sich die Position der Spannfeder 20, auf die von dem Flächenabschnitt 70a ein Druck ausgeübt wird, nicht in seitlicher Richtung. Wenn sich das Bimetall 2 verbiegt, drückt der Auslösehebel 70 immer an derselben Stelle auf die Spannfeder 20, um die Schwenkplatte 10 umzuklappen. Dies führt zu einem stabilen Umschaltbetrieb ohne Verzögerung.

Da nur ein Teil der Spannfeder 20 ausgebogen ist, ist kein gesondertes Teil erforderlich, was eine preiswerte Herstellung ermöglicht. Da ferner der Vorsprung 20d in der Mitte der Spannfeder 20 gegenüber der die entgegengesetzten Enden der Spannfeder verbindenden Achse um die Strecke Y versetzt ist, kann eine Verbiegung der Spannfeder zur Ermöglichung eines noch stabileren Umschaltens unterdrückt werden.

Wie voranstehend beschrieben, erhält man mit der vorliegenden Erfindung einen stabilen Umschaltbetrieb und stabile Eigenschaften unabhängig von Einstellungen des Auslösestromwerts, und lediglich ein Teil der Spannfeder ist zu einem gebogenen Abschnitt geformt. Daher ist kein gesondertes Teil erforderlich, was eine preiswerte Teileversorgung ermöglicht.


Anspruch[de]
Thermisches Überlastrelais, umfassend:

ein Bimetall (2), welches bei einem Überstrom verbiegbar ist,

einen Auslösehebel (70), der so mit dem Bimetall (2) gekoppelt ist, daß er als Folge eines Verbiegens des Bimetalls (2) bewegbar ist,

einen Umschaltmechanismus (40) zum Öffnen oder Schließen eines Kontakts (5, 6) als Antwort auf eine Bewegung des Auslösehebels (70), wobei der Umschaltmechanismus (40) eine bewegliche Platte (10), die so gelagert ist, daß sie um ihr eines Ende als Lagerpunkt schwenkbar ist, sowie eine Spannfeder (20) aufweist, durch welche die bewegliche Platte (10) schwenkbar ist, wenn der Auslösehebel (70) Druck auf die Spannfeder (20) ausübt, wobei die Spannfeder (20). aus einem Federdraht (20a) mit einem schraubenfederartigen Abschnitt (20b) und zwei sich daran anschließenden, als Endabschnitte dienenden Hakenabschnitten (20c) gebildet ist, und der Auslösehebel in der Mitte der Spannfeder (20) im Bereich eines der Endabschnitte an einem in dem Federdraht ausgebildeten Vorsprung (20d) angreift, und

eine Einstellscheibe (9) zum Einstellen eines Auslösestromwerts durch Verschwenken des Auslösehebels, die über eine Einstellstange (8) mit einem Ende des Auslösehebels (70) gekoppelt ist.
Überlastrelais nach Anspruch 1, bei dem der Vorsprung (20d) der Spannfeder gegenüber einer die beiden entgegengesetzten Enden der Spannfeder verbindenden Achse versetzt ist.






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