Grundlagen der industriellen Steuerung: Wärmeausdehnungseffekt auf Überlastrelais

Stellen Sie sich vor, Sie fahren auf Stahlreifen, nicht auf Gummireifen. Glaubst du nicht, dass es zu gut funktionieren würde? Auf Asphaltstraßen vielleicht nicht, aber auf den Stahlschienen, auf denen Dampflokomotiven fahren, arbeiten Stahlräder überraschend gut, und dies ist hauptsächlich auf die Prinzipien der Wärmeausdehnung und die unterschiedlichen Geschwindigkeiten zurückzuführen, mit denen sie fahren Metalllegierungen dehnen sich aus und ziehen sich zusammen. Lassen Sie mich erklären, wie sich der „Reifen“ einer Lokomotive ändert.

Wie Sie sich vorstellen können, ist das Wechseln der Reifen einer Lokomotive nicht einfach. Zuerst müssen die Mechaniker im Lokomotivengeschäft ein Feuer um den Stahlreifen entzünden, um ihn aufzuheizen. Bei starker Hitze dehnt sich Ihr Stahlreifen thermisch aus, was bedeutet, dass seine Stahlmoleküle durch die Hitze angeregt werden und zu vibrieren beginnen. Dies bewirkt, dass sich die Moleküle voneinander entfernen und der Reifen leicht an Größe zunimmt. Diese Vergrößerung reicht aus, damit die Mechaniker den Reifen wieder auf das Lokrad setzen können. Stattdessen darf der Reifen wieder auf Umgebungslufttemperatur abkühlen. Die Abkühlung führt dazu, dass sich die Stahlmoleküle im Reifen entspannen und näher aneinander rücken. Der Reifen schrumpft auf seine ursprüngliche vorgewärmte Größe zurück und legt sich fest um das Rad.

Die Wärmeausdehnungseigenschaften von Metallen spielen in vielen anderen Fällen eine Rolle, einschließlich des Betriebs von Motorüberlastrelais. Siehe Abbildung 1.

Motorüberlastrelais

Abbildung 1

Hier werden die Komponenten des Überlastrelais im Vordergrundfeld angezeigt. Wir sehen, dass das Relais eine elektrische Heizung und einen Satz von zwei eigenartig aussehenden gekrümmten Objekten enthält. Dies sind Bimetall-Schaltkontakte, die so genannt werden, weil jeder aus zwei besteht, das ist der “Bi” -Teil, Metallstreifen mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften. Diese Streifen werden Rücken an Rücken gelegt, dann befestigt und in eine Fragezeichen-ähnliche Form gebogen.

Jedes der beiden Metalle hat unterschiedliche Eigenschaften, nämlich dass sich eines beim Erhitzen schneller und stärker ausdehnt als das andere. Diese unterschiedliche Expansionsrate zeigt die verschiedenen thermischen Eigenschaften der beiden Metalle an. Wenn der Bimetallkontakt Hitze ausgesetzt wird, möchte sich ein Metallstreifen stark ausdehnen, ist jedoch an dem anderen Metallstreifen befestigt, der sich nur geringfügig ausdehnen möchte. Das Endergebnis ist, dass sich ihr Kontaktpunkt verzieht und seine Form ändert. Beim erneuten Abkühlen ziehen sich die Metallstreifen zusammen und der Kontaktpunkt nimmt wieder seine ursprüngliche Form an. In unserem nächsten Blog werden wir sehen, wie sich das Kontaktformular ändert und warum diese Änderung des Formulars wichtig ist.

In Abbildung 1 läuft der Motor normal und es liegt keine Überlastsituation vor. Unter diesen Bedingungen zieht der Motor elektrischen Strom innerhalb der normalen Grenzen seiner Konstruktion. Dieser Strom fließt auch durch die Heizung im Überlastrelais, wodurch Wärme erzeugt wird. In dieser Situation ist die Wärmeänderung jedoch klein genug, um die Bimetallschalterkontakte nicht zu beeinträchtigen und ihre Form zu ändern. Die Temperatur, bei der sich die Schaltkontakte verformen, hängt von der Gesamtkonstruktion des Überlastrelais und seiner Anwendung ab.

Das nächste Mal werden wir sehen, welche Rolle eine Motorüberlastung in Verbindung mit der Überlastrelaisheizung und den Bimetallkontakten spielt.

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