CH670331A5

CH670331A5 -

Info

Publication number: CH670331A5
Application number: CH1336/86A
Authority: CH
Inventors: Branko Zdarilek; Zvonko Stojevic; Sinisa Bogdanic
Original assignee: Branko Zdarilek; Zvonko Stojevic; Sinisa Bogdanic
Priority date: 1985-04-12
Filing date: 1986-04-04
Publication date: 1989-05-31
Also published as: DE3612251A1; YU46294B; IT1187981B; YU62285A; DE8609921U1; IT8653278V0; IT8667306A0

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf den Bimetalltemperaturschutzschalter mit Selbsbetätigung. Der Schutzschalter eignet sich für elektrische Geräte und Motore, hauptsächlich bei denen, die ihre Anwendung im Haushalt finden, den Strom bei der Überhitzung von Wicklungen und der unzulässigen Stromstärke abschaltet, und nachdem diese Werte innerhalb die zulässigen Grenzen fallen, den Strom wieder einschaltet.

Die häufigste Ursache der Beschädigungen bei elektrischen Geräten und Motoren ist die Überhitzung von Wicklungen. Zu dieser Überhitzung kann es aus verschiedenen Gründen kommen, wie z.B. Störungen an der Kühlanlage, Überlastung im Dauerbetrieb, Arbeit an einer Phase usw. Nur ein von den oben genannten Fehlern kann die Überhitzung von Wicklungen bewirken, was feuer und ähnliche Unfälle verursachen kann.

Für Schutz von elektrischen Geräten und Motoren, hauptsächlich Haushaltsgeräten, dienen heutzutage gegen die oben genannten Unfälle meistens die Einrichtungen zur Strom-Ein-Ausschaltung, die sogenannten Temperaturschutzschalter.

Die wichtigsten Bestandteile eines Bimetalltemperaturschutzschalters sind das Bimetallelement und die Kontakte. In solchen Einrichtungen sind die Kontakte insbesondere gefährdet, was hier nachträglich kurz erläutert wird.

Für die Temperaturbeständigkeit eines Bimetalltemperaturschutzschalters im Kurzschluss ist unter anderem der grösste Stosstrom massgebend, den die geschlossenen Kontakte leiten können, ohne verschmolzen zu werden.

Ungünstig sind die elektrodynamischen Abstossungskräfte, die in Fällen, wenn es zu Stromstoss bzw. Kurzschluss kommt, den Kontaktdruck gefährlich vermindern oder sogar die Kontakte momentan öffnen können.

Abstossungskräfte zwischen geschlossenen Kontakten entstehen auch infolge von unvermeidlicher Stromkonzentration an Kontaktstellen.

Die grosse lokale Stromdichte als die Folge von grosser Rauheit der Berührungsflächen von Kontaktelementen begünstigt im allgemeinen die Elekltroerosion. Sie verursacht beim

Ausschalten die Entwicklung der hohen Temperaturen, bei denen es zu Verdampfung und Verbrennung, d.h. zu Materialverlust, kommt, und beim Einschalten können diese Temperaturen eine Verschmelzung von Kontakten verursachen.

Massgebend für die Wertigkeit von Ionen und Trägern zwischen Kontakten ist der Unterbrechungsstrom. Deswegen sollen im Raum zwischen Kontakten die dielektrischen Eigenschaften so bald wie möglich wieder hergestellt werden.

Die dynamischen und thermodynamischen Beanspruchungen des Bimetalltemperaturschutzschalters hängen beim Einschalten in erster Linie von dem unmittelbar nach Einschalten entstandenen Einschaltstrom ab. Der zweite Faktor, von dem diese Beansprüchungen abhängen, ist die Spannung, von der abhängt, ob zwischen Kontakten und im welchem Abstand ein Lichtbogen entstehen wird. Deswegen definiert man das Einschaltvermögen als den höchsten zulässigen Einschaltstrom unter bestimmter Spannung.

Ein Einschaltlichtbogen entsteht im Moment, wenn sich die Kontakte auf Schlagweite annähern, und verschwindet im Moment, wenn sich die Kontakte wieder schliessen.

Ein Ausschaltlichtbogen entsteht, wenn sich die Kontakte öffnen, und dauert bis zur Löschung, was von den Eigenschaften des Bimetalltemperaturschutzschalters und Stromkreises abhängt.

Es ist sehr wichtig, die Lichtbogendauer so viel wie möglich zu verkürzen, um seine zerstörende Wirkung zu vermindern und den Ausschaltvorgang zu verkürzen. Sonst ist der Lichtbogen nach vielen Eigenschaften ein günstiges Ausschaltelement. Er verhindert stossartige Stromunterbrechung, die unzulässig hoche Spannungsüberlastbarkeiten hervorrufen könnte, und ermöglicht gleichzeitig Wechselstromunterbrechung im natürlichen Nullpunkt ohne spezielle Synchronisieranlage.

Von schädlichen Einflüssen aus der Umgebung wirken auf die Kontakte in erster Linie atmosphärische Erscheinungen. Das sind vor allem die Oxydationsreaktionen mit Luftsauerstoff und chemische Reaktionen zwischen Kontaktwerkstoff und Schwefelwasserstoff, der sich in kleineren Mengen in der Atmosphäre befindet. Diese Prozesse, durch Bildung feiner Überzüge mit dem hohen spezifischen elektrischen Widerstand, vergrössern nicht nur den Kontaktwiderstand, sondern verursachen auch die Korrosion. Die Luftfeuchtigkeit begünstigt diese Prozesse, um destromehr, je höher der Feuchtigkeitsgehalt ist. Die Dämpfe organischer Stoffe verursachen Verschleiss des Kontaktwerkstoffs. Sie adsorbieren und lösen auch unter dem Einfluss von elektrischer Entladung an Berührungsflächen auf, wo dadurch entstandener Kohlenstoff den Grenzausschaltstrom vermindert.

Für Materialwärmebeanspruchungen ist von allen Eigenschaften die Wärmeleitfähigkeit am wichtigsten.

Sie muss so gross wie möglich sein.

Man kann die zweckmässigen Eigenschaften des Werkstoffs an Kontaktwerkstoffen nur durch Kombination von Eigenschaften verschiedener Metallen bekommen, und zwar an Legierungen oder ähnlich erzeugten Werkstoffen. Das sind gesinterte Werkstoffe, dichte oder poröse, mit Kupfer oder Silber.

Neben diesen kann man unter solche Werkstoffe auch piatimene Werkstoffe und Bimetalle einbeziehen, die aus zwei Metallen mit verschiedenen Eigenschaften bestehen.

Für den Schutz von elektrischen Geräten und Motoren, insbesondere denen, die ihre Anwendung im Haushalt finden, gegen Überhitzung und die unzulässige Stromstärke sind heutzutage verschiedene Konstruktionen des Bimetalltemperaturschutzschalters bekannt, die direkt auf die Wicklung des Gerätes bzw. Motors oder an die Stellen der intensivsten Wärmeentwicklung montiert werden können. Elektrisch werden sie in Reihe geschaltet. Bei bekannten Konstruktionen des Bimetalltemperaturschutzschalters kann der Kontaktdruck nur bis zur bestimmten Grenze erhöht werden, so dass es wegen elek5

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trodynamischer Abstosskräfte, die hier entstehen, zur Verminderung des Kontaktdruckes und Öffnung der Kontakte kommen kann, was eine beschleunigte Elektroerosion der Kontakte verursachen kann.

Das problem der Elektroerosion versuchte man bisher auf folgende Weise zu lösen: das Gehäuse wird mit Gasen erfüllt, oder der Luftdruck im Gehäuse vermindert, wonach das Gehäuse hermetisch geschlossen wird.

Ausserdem war bei bisher bekannten Konstruktionen des Bimetalltemperaturschutzschalter auch die zerstörende Wirkung des Ausschaltlichtbogens anwesend, wegen ziemlich langer Ausschaltzeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Bimetalltemperaturschutzschalter mit Selbstbetätigung zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Im allgemeinen sind beim erfindungsgemässen Schutzschalter die Kontakte im Normalzustand geschlossen. Infolge von Erwärmung, die wegen des Stromflusses im Federband und Wärmezufuhr von Wicklungen entsteht, erhöht sich die Temperatur des Bimetalltemperaturschutzschalters, bis sie ungefähr die Temperatur der Wicklungen erreicht. Wenn die Thermobi-metall-Schnappscheibe, die dem Federband angepasst ist, ihre Ausschalttemperatur erreicht, wechselt die Krümmung der Schnappscheibe sprunghaft von konkav nach konvex und schaltet den Stromkreis ab.

Da diese bei Feineinstellung erst bei der maximal erlaubten Wicklungstemperatur geschieht, wird dadurch die maximale Ausnutzung der Geräte- bzw. Maschinenleistung ermöglicht, wobei die Überhitzung von Wicklungen oder vorzeitiges Ausschalten ausgeschlossen sind. Wenn die Temperatur der Wicklung auf die zulässige Höhe fällt, schaltet sich wieder der Stromkreis automatisch zu, d.h. die Bimetall-Schnappscheibe und Federband nehmen ihre Ausgangspositionen wieder ein.

Als vorteilhaft erweist sich, dass die Ausschaltzeit wesentlich verkürzt wird, wodurch die Elektroerosion von Kontakten wesentlich vermindert ist.

Nachfolgend wird die Erfindung detaillierter mittels beigefügter Zeichnungen beschrieben.

Die beigefügte Zeichnung stellt die Ausführungsform der Erfindung schematisch dar.

Figur 1 zeigt die Vorderansicht der Erfindung, teilweise im Schnitt A-B aus der Figur 2;

Figur 2 zeigt eine Ansicht von oben aus der Figur 1;

Figur 3 zeigt den Schnitt entlang der Linie C-D aus der Figur 1 im Moment, wenn der Stromkreis eingeschaltet ist;

Fig. 4 zeigt den Schnitt entlang der Linie E-F aus der Figur

1;

Figur 5 zeigt den Schnitt entlang der Linie G-H aus der Figur 1; und

Figur 6 zeigt den Teilschnitt entlang der Linie C-D aus der Figur 1 im Moment, wenn der Stromkreis ausgeschaltet ist.

Der Bimetalltemperaturschutzschalter mit Selbstbetätigung nach Figuren 1-6 besteht aus Gehäuse (1), aus welchem zwei Anschlussdrähte (11 und 12) herausführen. Das offene Ende des Gehäuses (1) ist mit Spezialharz verschmolzen (14), das die berührungs fläche des Kontaktes (7) und die Kontaktunterlage (13) von schädlichen Einflüssen aus der Umgebung schütz. Obere, nicht isolierte Teile der Anschlussdrähte (11 und 12) dienen für die Serienschaltung auf die Wicklung des elektrischen Gerätes oder Motors.

Im Gehäuse sind die Teile (2), (3), (4), (5), (6), (7), (8), (9), (10), (11), (12) und (13) gelagert, die so miteinander verbunden sind, dass sie das Ein-Ausschaltungs-System darstellen.

Mittels Isolierstück (2) und Isolierniet (5) ist die Kontaktscheibe (3) mit Grundlage (4) in eine gegenseitig isolierte Einheit verbunden.

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An einem Ende der Kontaktscheibe (3), nämlich an ihren flachen Ende, ist die Kontaktunterlage (13) befestigt, und an ihren anderen, winkelförmigen Ende der Anschlussdraht (11) befestigt. An einem Ende der Grundlage (4), nämlich an ihrem doppelt gebogenen Ende t, ist das Federband (6) befestigt, und an ihrem anderen gebogenen Ende n der Anschlussdraht (12) befestigt. An einem Ende des Federbandes (6) befindet sich der Kontakt (7).

Die Thermobimetall-Aschnappscheibe (9) in Form eines rechteckigen Kugelabschnittes mit dem Loch in der Mitte stützt sich lose mit ihrer gewölbten Fläche auf das Federband (6), Figur 3.

Diese anpassungsfähige Verbindung zwischen Thermobime-tall-Schnappscheibe und Federband (6) ist mittels eines dreistufigen Grenzbolzens erzielt, der mit seiner zweiten Stufe frei durch das Loch der Thermobimetall-Schnappscheibe (9) und das Loch des Federbandes (6) geht, und mit seiner ersten Stufe in den Isolierflansch (10) hineingeht.

Der Isolierflansch (10) ist mit der Grundlage (4) so verbunden, dass er in das passende Loch der Grundlage (4) angepresst ist. Die Stirnseite der dritten Stufe, d.h. die Seite mit dem grössten Durchmesser des dreistufigen Grenzbolzens (8), stützt sich auf die innere Seitenwand des Gehäuses (1), während sich die einförmige Fläche zwischen der ersten und zweiten Stufe auf die Stirnseite des Isolierenflansches (10) stützt.

Wenn sich die Temperatur des Bimetalltemperaturschutzschalters innerhalb der zulässigen Grenzen befindet, sind die Kontakte (7) und (13) geschlossen, d.h. der Kontakt (7) übt mittels der Kraft Pi des Federbandes (6) den Druck auf die Kontaktunterlage (13), wodurch der Stromkreis im Bimetalltemperaturschutzschalter geschlossen ist, Figur 3, d.h., der Strom hat Leitbahn über Anschlussdraht (12), Grundlage (4), Federband (6), Kontakt (7), Kontaktunterlage (13) und Anschlussdraht (11); in Richtung von Pfeilen a, b, c und d.

Indem der Strom einer bestimmten Stärke durch das Federband (6), das einen bestimmten Widerstand hat, fliesst, entwickelt sich eine bestimmte Temperatur, deren Wert die entscheidende Rolle dabei spielt, ob die Thermobimetall-Schnapp-scheibe (9) reagiert oder nicht.

Die Thermobimetall-Schnappscheibe (9) ist nämlich auf sehr kleine Temperaturabweichungen eingestellt, die die Indikation für ihre sprunghafte Formänderung von konkav zu konvex und umgekehrt, d.h. wieder in ihre Ausgangsstellung, ist.

Dieses bezieht sich auch auf die Temperatur, die der Bimetalltemperaturschutzschalter von den erwärmten Wicklungen des elektrischen Gerätes oder Motors bekommt.

Der Belastungsgrad von elektrischen Geräten und Motoren wird nach der Klasse der Wicklungsisolation laut bestehenden Standarden bestimmt.

Die Thermobimetall-Schnappscheibe besteht aus zwei verschiedenen Metallen, die verschiedenerweise auf die Temperaturänderungen reagieren, d.h. jedes Metall hat seinen charakteristischen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizient, die Thermobimetall-Schnappscheibe wird sich bei der Erwärmung auf die Seite des Metalls mit kleinerem linearem thermischem Ausdehnungskoeffizient wölben. Die Krümmung der Thermobimetall-Schnappscheibe (9) geschieht kontinuierlich und abrupt. Die Grösse dieser Krümmung hängt vom Material, Dimensionen und Wölbung h der Thermobimetall-Schnappscheibe (9) ab.

Bei der unzulässigen Temperatur der Wicklung oder der unzulässigen Stromstärke erreicht die Thermobimetall-Schnapp-scheibe (9) die innere Spannung, die ihre Krümmung sprunghaft nach Gegenposition ändert, wobei sie auch das Federband (6) beugt, Figur 6.

Bei bestimmter niedrigerer Temperatur ändert die Thermobimetall-Schnappscheibe (9) ihre Krümmung in die Gegenposition und ändert sie wieder in die Ausgangsform. Das Federband

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(6) erreicht auch mit seiner eigenen Kraft die Ausgangsform und bildet den normalen Druck Pi, Figur 3.

Für die richtige Wirkung und lange Lebensdauer des Bimetalltemperaturschutzschalters ist es wichtig, die Elektroerosion des balligen Kontaktes (7) und der Kontaktunterlage (13) so viel wie möglich zu vermindern. Das erzielt man mit dieser Erfindung dadurch, dass der Kontaktdruck Pi, Figur 3, zwischen balligem Kontakt (7) und Kontaktunterlage (13) auf das Maximum vergrössert wird bis zur Grenze, die das Federband (6) ohne bedeutende Beugung erreichen kann.

Der Kontaktdruck Pi ist grösser als die grössten elektrodynamischen Abstosskräfte, die in Gegenrichtung zu Kontaktdruck P2 wirken, womit die zerstörende Wirkung, d.h. die Materialverdampfung und Materialverbrennung am Kontakt (7) und der Kontaktunterlage (13), infolge von Elektroerosion verhindert sind.

Die zerstörende Wirkung von Lichtbogen, besonders Ausschaltlichtbogen, ist durch abrupte Trennung des Kontakts (7) von Kontaktunterlage (13) wesentlich vermindert.

Die genannten Möglichkeiten wurden durch Ausführungsform und Dimensionen der Thermobimetall-Schnappscheibe (9) realisiert, die in ihrem aktiven Zustand mit der Kraft P2, die am Ende e, d.h. in der Nähe vom Kontakt (7) wirkt, und mit ihrem Momentarm m abrupt den Kontaktdruck Pi überwindet, so dass sich das Federband (6) am Ende h beugt, womit sich der ballige Kontakt (7) abrupt von der Kontaktunterlage (13) trennt und damit die Sauer der zerstörenden Wirkung von Ausschaltlichtbogen verkürzt, Figur 6.

Der Rückgang in die Ausgangsform, Figur 3, erfolgt wegen 15 Wirkung der Federbandkraft (6), die, nachdem die Kraft P2 der Thermobimetall-Schnappscheibe (9) abhört, automatisch wirkt.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Bimetalltemperaturschutzschalter mit Selbstbetätigung, gekennzeichnet dadurch, dass eine Thermobimetall-Schnapp-scheibe (9) in Form eines rechteckigen Kugelabschnittes mit einem Loch in der Mitte sich lose mit ihrer gewölbten Fläche auf ein federband (6) stützt, und dass die Thermobimetall-Schnappscheibe (9) anpassungsfähig mittels eines dreistufigen Grenzbolzens (8) mit dem Federband (6) verbunden ist, derart, dass die zweite Stufe des Grenzbolzens (8) durch das Loch der Thermobimetall-Schnappscheibe (9) und das Loch des Federbandes (6) lose geht, und die erste Stufe des Grenzbolzens (8) in ein Isolierflansch (10), der in ein Loch einer Grundlage (4) an-gepresst ist, hineingeht.

2. Bimetalltemperaturschutzschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass sich die Stirnseite der dritten Stufe, d.h. die Seite mit dem grössten Durchmesser des dreistufigen Grenzbolzens (8), auf die innere Seitenwand des Gehäuses (1) stützt, während sich die ringförmige Oberfläche zwischen der ersten und zweiten Stufe auf die Stirnseite des Isolierflansches (10) stützt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Bimetalltemperaturschutzschalter nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass an einem Ende der Grundlage (4), und zwar am doppelt winkelförmig gebogenen Ende (t), das Federband (6) befestigt ist, während am winkelförmigen Ende (n) ein erster Anschlussdraht (12) befestigt ist und am winkelförmig gebogenen Ende (r) der Kontaktscheibe (3) ein zweiter Anschlussdraht (11) befestigt ist.