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Heizelement zur Beheizung des Bimetalles bei thermischen
Schaltvorrichtungen mit Bimetallauslösung
Thermische Schaltvorrichtungen weisen im allgemeinen ein Bimetall auf, das nach Erwärmung durchbiegt und dabei direkt oder indirekt, d. h. ohne oder mit Hilfe von weiteren Übertragungsgliedern, einen Schaltvorgang auslöst. Im Falle der direkten Auslösung trägt das Bimetall z. B. einen Kontakt, der nach Durchbiegung des Bimetalles von einem Gegenkontakt getrennt wird oder aber mit diesem zwecks Öffnung oder Schliessung eines elektrischen Stromkreises in Berührung kommt. Bei einer indirekten Auslösung führt das Bimetall über Übertragungsglieder (Hebel, Kraftspeicherfeder u. dgl.) den Schaltvorgang herbei, wie es bei einer Momentanauslösung der Fall ist.
Bei einer bekannten Ausführung ist das Bimetall als Heizwiderstand ausgeführt, indem es mit Schlitzen versehen ist, welche den Stromdurchgangswiderstand erhöhen. Letzterer muss mehrere zehntausend Ohm betragen, will man die erforderliche Heizleistung bei Direktanschluss an das 220 oder 380 V-Netz in der Grössenordnung von einigen Watt halten. Diese Ausführung bedingt daher die Anordnung eines verhältnismässig grossen Bimetalles, um die erforderliche grosse Anzahl Schlitze anbringen zu können.
Dies ist aus Platzgründen oft unerwünscht oder gar unzulässig und kompliziert und verteuert die Herstellung. Mit der Vergrösserung des Bimetalles wird auch die erforderliche Heizenergie grösser.
Auch ist es bekannt, das Bimetall durch eine neben ihm fest angeordnete Heizwicklung zu beheizen.
Die Wärmeübertragung ist bei einer solchen Anordnung jedoch mangelhaft, was sich insbesondere wegen des bei diesen thermoelektrischen Einrichtungen ohnehin niedrigen Wirkungsgrades nachteilig auf die erforderliche Heizleistung auswirkt.
Die Erfindung betrifft nun ein Heizelement zur Beheizung des Bimetalles bei thermischen Schaltvorrichtungen mit Bimetallauslösung, bei dem die oben erwähnten Nachteile dadurch umgangen sind, dass es mit seiner ganzen Fläche auf dem Bimetall aufliegt und eine Heizwicklung aufweist, die auf einem Wicklungsträger aus einem bei Erwärmung erweichenden Isoliermaterial gewickelt ist.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Es zeigen : Fig. l eine Verwendung des Heizelementes gemäss der Erfindung bei einer thermischen Schaltvorrichtung im Längsschnitt, Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Teilstück der Schaltvorrichtung der Fig. 1, Fig. 3 das Heizelement in vergrösserter Form, Fig. 4 ein Detail des Anschlusses der Stromzuführung an die Heizwicklung des Heizelementes und Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie A - A der Fig. 4.
In der Fig. l bedeutet 1 eine Gehäusewand der thermischen Schaltvorrichtung, in der eine Welle 2 fest angebracht ist. Drehbar auf dieser Welle 2 ist ein Isolierkörper 3 angeordnet, der eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist und in dem das eine Ende eines Steuerbimetalles 4 sitzt. Letzteres ist fest mit einem Heizelement 5 verbunden, das zwecks guter Wärmeübertragung mit seiner ganzen Fläche auf dem Steuerbimetall 4 aufliegt. Das freie Ende des Steuerbimetalles 4 trägt einen Stift 6. Ferner ist ein um die Welle 2 schwenkbarer Schwenkhebel 7 vorgesehen, dessen freies Ende mit dem Stift 6 und damit mit dem Steuerbimetall 4 verbunden ist. In einer Öffnung 8 des Schwenkhebels 7 ist das eine Ende einer Zugfeder 9 eingehängt, deren anderes Ende an einen Stift 10 eines Steuerhebels 11 angreift, welch letzterer einen seitlichen Fortsatz 15 aufweist.
Der Steuerhebel 11 ist um zwei in der Gehäusewand 1 und in einer nicht gezeigten, der ersten gegenüberliegenden Gehäusewand gelagerte Wellen 12 schwenk-
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bar angeordnet. Die Schwenkbewegungen des Steuerhebels 11 sind durch Anschläge 13,14 begrenzt. Der
Fortsatz 15 des Steuerhebels 11 (s. Fig. l und 2), der zur Betätigung einer nicht dargestellten Umschalt- vorrichtung dient, ragt durch eine Öffnung 16 der Gehäusewand 1 aus der Schaltvorrichtung hinaus. Der
Steuerhebel 11 weist ferner einen Schlitz 17 (s. Fig. 2) auf, der zur Aufnahme bzw. zum Durchgang der Zugfeder 9 dient. Am Isolierkörper 3 ist das eine Ende eines Kompensationsbimetallpaketes 18 befestigt, dessen anderes Ende durch eine Öffnung 19 im abgewinkelten Teil 20 des Gehäusebodens 21 mit wenig
Spiel geführt ist.
Die einzelnen Bimetalle des Kompensationsbimetallpaketes 18 sind gleich gestaltet wie das Steuerbimetall 4. Der Gehäuseboden 21 weist eine Aussparung 31 für ein Spezialwerkzeug auf, mit dem dieser zwecks Justierung des Kompensationsbimetallpaketes 18 verbogen werden kann. Am Gehäuseboden 21 ist ferner ein aus Isolierstoff bestehender Klemmenkörper 22 und ein Deckel 23 angeordnet.
In dem Klemmenkörper 22 sitzen Lötösen 24, die mit einer Heizwicklung 25 (s. Fig. 3) des Heizelementes 5 durch zwei dünne Bändchen 26 leitend verbunden sind. Die Heizwicklung 25 besteht aus sehr dünnem, oxydiertem Chrom-Nickeldraht, da sie direkt an das 220 V-Netz angeschlossen wird. Sie ist auf einem Wicklungsträger 27 angebracht, der aus einigen flachgepressten Windungen von wasser- abstossendem Isolierpapier besteht, das Temperaturen bis zu 200 C aushalten kann, ohne dabei Schaden zu leiden. Dieses Isolierpapier hat ferner die Eigenschaft, dass es bei Erwärmung erweicht, ohne dass dabei sein Zusammenhang verlorengeht. Hiezu eignet sich ein aus feinen Asbestfasern und Siliconlack hergestelltes Isolierpapier, das ebenfalls die erforderliche hohe Durchschlagfestigkeit aufweist.
Nach dem Anbringen der Heizwicklung wird das Heizelement 5, bestehend aus Wicklungsträger 27 und Heizwicklung 25, zur Aussenisolation zuerst mit Siliconlack getränkt, der sich zwischen den Windungen der Heizwicklung 25 mit dem Wicklungsträger 27 verbindet, und nachher mit einigen, in der Zeichnung nicht dargestellten Windungen Isolierpapier, vorzugsweise von derselben Art wie das für den Wicklungsträger 27 verwendete, umwickelt. Das fertige Heizelement 5 wird darauf unter Anwendung von Druck in einem Ofen ausgehärtet.
Die aus versilberte m Kupfer bestehenden, flachen Stromleiter 26 sind auf der gleichen Seite zwischen die Wickelschichten des Wicklungsträgers 27 geschoben. Sie sind sehr dünn, so dass sie praktisch keine Vergrösserung der Dickendimension und des Biegewiderstandes des Heizelementes ergeben. In Aussparungen 28,29 des Wicklungsträgers, welche je am Anfang und Ende der Heizwicklung 25 vorgesehen sind, sind die Stromleiter 26 mit den Enden der Heizwicklung verbunden. Da zu dieser Verbindung Weichlöten wegen des Oxydmaterials der Heizwicklung nicht möglich ist und Hartlöten die Isolation zerstören würde, während Punktschweissen für die dünne Heizwicklung wegen der Schmelzgefahr ebenfalls nicht in Frage kommt, ist die Heizwicklung 25 durch eine Quetschverbindung mit den Stromleitern 26 verbunden.
Diese Quetschverbindung (Fig. 4 und 5) wird durch ein U-förmiges Klemmenstück 30 hergestellt, das über die in den Aussparungen 28,29 freiliegenden Windungen der Heizwicklung 25 und die Stromleiter 26 geschoben und fest zusammengepresst ist. Beim Zusammenpressen dringt der verhältnismässig harte Heizdraht in das weichere Material des Klemmenstückes 30 ein und es ergeben sich dadurch mehrere Kontaktstellen. Eine solche Verbindung weist gegenüber derjenigen, die nur durch Wickeln der Heizwicklung über die blankgelegten Stellen der Stromleiter erfolgt, den Vorteil auf, dass sie keine variablen Übergangswiderstände besitzt, sondern eine dauerhafte Kontaktgabe gewährleistet.
In unbeheiztem Zustand der thermischen Schaltvorrichtung wird der Steuerhebel 11 von der Zugfeder 9 in einer solchen Lage gehalten, dass er gegen den Anschlag 13 anliegt. Wird jetzt nach Empfang eines Steuerbefehls, z. B. über einen Fernsteuerempfänger oder von einer Schaltuhr, das Heizelement 5 an Spannung gelegt, so erwärmt letzteres das Steuerbimetall 4 und dieses biegt sich nach unten durch. Sobald sich nun das linke Ende der Zugfeder 9 so weit gesenkt hat, dass ihre Achse in die Ebene des Steuerhebels 11 zu liegen kommt, kippt letzterer gegen den Anschlag 14 um, wobei der Fortsatz 15 die beabsichtigte Umschaltung vornimmt. In dieser Lage verharrt der Steuerhebel 11 so lange, als die Beheizung des Steuerbimetalles 4 andauert.
Wird die Beheizung unterbrochen, so kippt der Steuerhebel 11 nach einer gewissen Zeit wieder schlagartig in seine Ausgangslage zurück und bewirkt dabei eine Umschaltung in entgegengesetztem Sinne.
Dadurch, dass das beim Heizelement verwendete Isoliermaterial bei Erwärmung erweicht und wegen seiner Durchschlagfestigkeit sehr dünn gehalten werden kann, kann es starr mit dem Bimetall verbunden werden, so dass sich eine gute Wärmeübertragung ergibt, ohne dass das Steuerbimetall merkbar in seiner Durchbiegung behindert wird. Es konnte bei einer Versuchsausführung festgestellt werden, dass die Wärmeabgabe des Heizelementes an das Steuerbimetall grösser ist als diejenige an die Luft.
Hiedurch ergibt sich der Vorteil einer Herabsetzung der erforderlichen Heizleistung, was mit Rücksicht auf den Energieverbrauch insbesondere dann wichtig ist, wenn die thermische Schaltvorrichtung
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während längerer Zeit an das Netz angeschlossen bleiben muss. Die beschriebene thermische Steuereinrichtung weist ferner den Vorteil auf, dass sie direkt an das Versorgungsnetz angeschlossen werden kann, ohne Zwischenschaltung von Spannungstransformatoren oder Vorschaltwiderständen.
Durch die Verwendung von sehr dünnen, flachen Stromleitern 26, die in der oben beschriebenen Weise in Aussparungen 28, 29 des Wicklungsträgers 27 mit der Heizwicklung 25 verbunden sind, ergibt sich weiter die Möglichkeit, das Heizelement sehr flach zu bauen, und durch ihre Anordnung im Innern des Wicklungsträgers wird dabei eine grosse Durchschlagfestigkeit dieser Stromleiter gegen Masse erzielt. Auch die Durchschlagfestigkeit zwischen dem Anfang und dem Ende der Heizwicklung und zwischen dieser und Masse ist sehr hoch und beträgt für die Heizwicklung gegen Masse, beispielsweise bei einer thermischen Schaltvorrichtung mit einem Heizelement, das aus insgesamt 6 Windungen Isolierpapier von 0, 11 mm besteht, zirka 16 kV.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Heizelement zur Beheizung des Bimetalles bei thermischen Schaltvorrichtungen mit Bimetallauslösung, insbesondere zur Tarifumschaltung von Mehrfachtarifzählern, dadurch gekennzeichnet, dass es mit seiner ganzen Fläche auf dem Bimetall (4) aufliegt und eine Heizwicklung (25) aufweist, die auf einen Wicklungsträger (27) aus einem bei Erwärmung erweichenden Isoliermaterial gewickelt ist.