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Mehrpoliger Schalter mit thermischer und magnetischer Auslösung.
Es ist bekannt, Bimetallstreifen zur direkten Auslösung von Überstromschaltern zu benutzen, indem man sie unmittelbar auf die Schalterverklinkung arbeiten lässt. Man hat z. B. zu diesem Zweck Pakete von einfachen oder U-förmig geschlitzten, stromdurchflossenen Bimetallstreifen verwendet. Einzelne Bimetallstreifen als direkt wirkendes Auslöseorgan sind bisher jedoch nur für kleine einpolig Selbstschalter in Stöpselform u. dgl.
für Lichtstromkreise und ähnliches verwendet worden, weil die Bimetallstreifen, die nur bis zu wenigen Millimetern Dicke hergestellt werden, nicht genügende Biegefestigkeit besitzen, um ohne bleibende Verbiegung die Widerstände von Sehaltergesperren mit grösseren
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Schaltern mit grösserem Klinkendruek, soweit ihr thermisches Element aus einfachen Bimetallstreifen besteht, meist als Kontaktrelais ausgebildet, die auf eine Nullspannungs-oder Auslösespule wirken.
Andere Anordnungen verwenden Arbeitsspeicher od. dgl., die durch das Einlegen des Schalters geladen und durch das Ansprechen des Bimetallstreifens freigegeben werden und dann mittels der grossen freiwerdenden Kräfte das Sehaltergesperre öffnen. Für Motorschutzsehalter, insbesondere solche für kleine und mittlere Motoren, kommt es aber darauf an, eine möglichst einfache und billige Bauart ohne solche Speicher und ohne Nullspannungs- oder Auslösespulen zu haben ; denn Nullspannungsspulen sind oft unerwünscht, z. B. in unbeobachteten Stationen, in denen bei kurzzeitigem Spannungsrüekgang der
Schalter nicht auslösen soll, und Auslösespulen arbeiten nicht mehr zuverlässig, wenn z. B. bei Kurzschluss
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erheblich.
Die Widerstandsfähigkeit auch eines einzelnen Streifens gegen Durchbiegung unter Beibehaltung
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kann man gegenüber einem geraden oder schwach gekrümmten Bimetallstreifen sehr stark erhöhen, wenn man ihn gemäss der Erfindung zu einer U-förmigen oder ähnlichen Gestalt mit etwa gleichlangen Schenkeln zusammenbiegt. Ein solcher an seinem Ende eingespannter Bimetallstreifen ist imstande, sofern er aus geeignetem Material, z. B. Nickelstahllegierungen, besteht, auch mehrpolige Schalter mit beträchtlichem Klinkendruck ohne Gefahr einer bleibenden Verbiegung direkt auszulösen. Man erhält durch dieses einfache thermische Glied ein Konstruktionselement einfachster Art zur Auslösung solcher mehrpoliger Selbstschalter ohne Übersetzungsglied, Arbeitsspeicher oder Auslösespulen.
Für höhere Überlastungen, die ein gewisses Vielfaches des Nennstromes übersteigen, z. B. das 6-8face bei Motorschutzschaltern für Drehstrommotoren, ist meist eine unverzögerte Auslösung
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ergeben sich für diesen Magneten besonders kleine Abmessungen und geringer Verbrauch an Eisen und Kupfer, da er erst bei dem erwähnten Vielfachen des Nennstromes anzusprechen braucht. Man kommt infolgedessen mit einem Bruchteil derjenigen Materialmenge aus, die man z. B. brauchen würde, wenn
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Element sperrt oder steuert. Die Kombination dieser beiden einfachen und billigen Elemente, U-förmig gebogener Bimetallstreifen und Kurzschlussmagnet, ergibt also eine besonders wirtschaftliche und dabei betriebssichere Bauart von Motorsehutzschaltern.
Den Bimetallstreifen kann man in an sich bekannter Weise direkt durch den Strom oder indirekt durch ein in oder an ihn gelegtes Heizband oder eine um ihn gewickelte Heizwicklung od. dgl. beheizen.
Bei Stromstärken unter etwa 8-10 A ist eine indirekte Beheizung erforderlich, weil man bei direktem Stromdurchgang, z. B. einen U-förmig gebogenen und U-förmig geschlitzten Streifen auf so geringe Querschnitte des stromdurchflossenen Bimetallmaterials kommen würde, dass die Festigkeit gegen Verbiegung in Frage gestellt wäre. Bei indirekter Beheizung ist es von besonderer Wichtigkeit, einerseits den Wärme-
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dass die Wicklung durchbrennen könnte, ehe das Bimetall die zur Auslösung erforderliche Temperatur erreicht hat.
Geringer Wärmewiderstand der Isolationsschicht ist ferner auch deshalb erforderlich, weil bei grossem Wärmewiderstand nach einer erfolgten Überstromauslösung die Wartezeit bis zur Wiedereinschaltbarkeit des Schalters wegen der Nachbeheizung des Bimetalls durch die in der Isolationsschicht aufgespeicherte Wärme unerwünscht gross würde. Anderseits muss die Isolationsschicht elektrisch verhältnismässig hochwertig sein, zumal wenn man den Bimetallstreifen selbst als Rückleitung für den Strom der Wicklung benutzt, weil bei Kurzschluss hinter dem Schalter nahezu die gesamte Netzspannung an den beiden Enden der Wicklung liegt und daher die stark erwärmte Isolationsschicht mit der nahezu vollen Betriebsspannung auf Durchschlag beansprucht wird.
Diese Forderungen, zu denen noch die der hohen Wärmebeständigkeit kommt, stehen in einem gewissen Gegensatz zueinander, da man einerseits für den guten Wärmeübergang eine möglichst dünne und gut wärmeleitende Isolierschicht braucht, anderseits aus elektrischen Gründen die Schicht entweder eine hohe spezifische Durchschlagsfestigkeit haben muss, die jedoch meist mit schlechter Wärmeleitfähigkeit gepaart ist oder aber eine gewisse Dicke nicht unterschreiten darf.
Eine vorteilhafte Anordnung, die diese Forderungen vereinigt, erhält man, wenn man gemäss der weiteren Erfindung den Bimetallstreifen zunächst mit einer oder zwei Lagen aus Seiden-, Baumwoll-oder dünnem Asbestfaden od. dgl. umwickelt und die Lagen zur Erhöhung der Wärmebeständigkeit und Durchschlagsfestigkeit mit geeigneten Flüssigkeiten oder Lacken, wie Wasserglas, Bakelitlack oder andern Imprägnierlacken, tränkt. Auch eine Emaillierung des Streifens ergibt brauchbare Resultate, zumal wenn man die Emailleschicht noch mit einer Lage Seiden-, Baumwolle-oder Asbestschnur umwickelt, bevor man die Heizwicklung aufbringt.
Zwecks guter Ausnutzung der Heizwärme muss man die Berührung zwischen Heizwicklung und Isolationsschicht möglichst innig und grossflächig machen ; dies lässt sich besonders vorteilhaft erreichen, wenn man als Material für die Wicklung Bandmaterial hohen spezifischen Widerstandes verwendet, z. B.
Chromnickel und ähnliche Legierungen. Diese ergeben für eine bestimmte geforderte Übertemperatur bei gegebenem Strom infolge ihres hohen spezifischen Widerstandes grosse Querschnitte. Sie ermöglichen daher also trotz der wegen der grossflächigen Berührung erwünschten grossen Bandbreite genügende Bandstärke und geben somit eine verhältnismässig hohe Zeitkonstante. Diese wiederum ist erwünscht, um bei wiederholtem Schalten auf Kurzschluss den Temperaturanstieg in der Heizwicklung infolge des jedesmal, wenn auch nur kurzzeitig fliessenden Kurzschlussstromes nach Möglichkeit zu verlangsamen und somit die Heizwicklung vor Überhitzung zu schützen.
Ein besonders sicheres Mittel, solche Überhitzungen zu vermeiden, besteht gemäss der weiteren Erfindung darin, den Schalter so auszubilden, dass der Bimetallstreifen, sobald er eine bestimmte, über der Auslösetemperatur liegende Temperatur erreicht hat, so auf das Schaltergesperre einwirkt, dass die Kupplung zwischen Schaltergriff und Schaltwelle, die zum Zweck der Freiauslösung angebracht ist, nicht mehr zum Eingriff gebracht werden kann, vielmehr erst nach genügender Abkühlung des Streifens die Schaltwelle wieder von der Griffwelle mitgenommen wird und somit erst dann die Kontakte wieder zur Berührung gebracht werden können.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, u. zw. ist von dem
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net, desgleichen nur ein Bimetallelement und ein Kurzschlussmagnet. Die Fig. 2 und 3 zeigen Einzelheiten des Schalters in vergrösserter Wiedergabe.
Auf der Schaltwelle a ist der bewegliche Kontakt b befestigt, dessen oberer Teil in der eingeschalteten Stellung gegen den festen Kontakt c drückt. Das Wärmeglied d besteht aus einem U-förmig geschlitzten und in Form eines U mit weitem Bauch gebogenen Bimetallstreifens, der in den auf der Grundplatte sitzenden Anschlussstücken e und f befestigt ist. Seinem freien Ende y gegenüber befindet sich auf der Auslösewelle g befestigt ein Auslösenocken h, der zwecks Änderung der Auslösestromstärke um die Achse i drehbar ist. Der Kurzschlussmagnet k mit der Wicklung 1 besitzt einen Anker m, der beim Anziehen auf den Auslösenoeken n trifft. Dieser ist ebenso wie der Nocken h auf der Auslösewelle g befestigt.
Auf der Schaltwelle a, deren Lagerungen nicht mitgezeichnet sind, ist an der rechten Seite die Platte o befestigt.
Die Platte o trägt die Rolle p und an einem Stift w befestigt die Rückzugfeder q, die auf der andern Seite an der Schaltergrundplatte angebracht ist. Auf der Griffwelle X mit dem Griff s, deren Lagerung ebenfalls
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nicht gezeichnet ist, ist der Sperrhebel t drehbar angeordnet. Auf der gleichen Welle sitzt ferner der Hebel u, an dessen Ende der S-förmige Hebel v drehbar angelenkt ist ; das freie Ende des Hebels v ist
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in eingeschalteter Stellung gezeichnet.
Dreht sich die Auslösewelle, so drückt die auf ihr befestigte Fahne x auf den Sperrhebel t und nimmt durch das Winkelblech j die Klinke z mit, die infolgedessen von der Rolle p abgleitet. Nunmehr kann die Rückzugsfeder q die freigewordene Platte o und die mit ihr fest verbundene Schaltwelle a drehen und somit die Kontakte öffnen. Bei Überstrom bewegt sich das freie Ende y des Bimetallstreifens in der Pfeilrichtung auf den Nocken h zu und drückt auf diesen. Hiedurch wird die Auslösewelle gedreht und nach Erreichung einer bestimmten Temperatur durch die auf das Gesperre wirkende Fahne x die Schalterverklinkung wie oben beschrieben gelöst. Bei sehr hohem Übertrömen wird der Magnetanker m angezogen und schlägt durch Mitnehmen des Nockens n ebenfalls die Verklinkung heraus. Erreicht das Bimetallglied, wie z.
B. in Fig. 3 dargestellt, beim wiederholten Schalten auf Kurzschluss durch die sich summierenden Stromstösse eine höhere als die Auslösetemperatur (Grenztemperatur), so kommt das Bimetallende y schliesslich in eine Lage, in der es den Nocken h und damit die Auslösewelle g mitsamt der Fahne x in einer Stellung hält, in der der Sperrhebel t so hoch zu liegen kommt, dass der Klinkenhebel v beim Versuch, durch Drehen des Griffes s einzuschalten, gar nicht mehr zum Eingriff mit der Rolle p gebracht werden kann, d. h. die Kontakte lassen sich nicht mehr zur Berührung bringen, sofern die Temperatur des thermischen Gliedes einen gewissen Wert, die Grenztemperatur, überschreitet.
Fig. 2 stellt einen Bimetallstreifen d dar, der zunächst mit einer Isolationswicklung, wie oben beschrieben, und darüber mit einer Heizbandwicklung bewickelt ist. Diese ist im Punkt A mit dem Bimetallstreifen vernietet, so dass der Bimetallstreifen selbst als Rückleitung für den Strom dient.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Mehrpoliger Überstromschalter mit thermischer und von dieser unabhängiger magnetischer Auslösung in mindestens zwei Polen, dadurch gekennzeichnet, dass die thermischen Auslöser aus direkt auf das Schaltergesperre wirkenden U-förmig oder ähnlich gebogenen, strombeheizten Bimetallstreifen bestehen und die magnetischen Auslöser so bemessen sind, dass sie erst bei einem Mehrfachen des thermischen Auslösegrenzstromes ansprechen.