DE1080664B - Stossfester thermisch gesteuerter elektrischer Schalter - Google Patents

Description

Bekannt sind periodisdh arbeitende thermisch gesteuerte elektrische Schalter, sogenannte Energie- oder Leistungsregler. Diese fanden bisher nur Verwendung bei ortsfesten Anlagen, so z. B. zum Regeln von Heiz- und Kochgeräten auf eine konstante mittlere Leistungsaufnahme.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen solchen Schalter konstruktiv derart zu verbessern, daß sein Einsatz auch dort möglich ist, wo mit Stoßbeanspruchungen gerechnet werden muß. Solche Fälle des Einsatzes sind im allgemeinen im Fahrzeugbau gegeben, so z. B. im Luftfahrzeug oder auch auf Eisenbahnfahrzeugen. Bei Verwendung des Leistungsreglers in den letztgenannten Fahrzeugen werden an diesen weitere erschwerende Bedingungen gestellt, er muß nämlich nicht nur starken Erschütterungen — wie sie z. B. auf Lokomotiven vorkommen — gewachsen, sondern auch für hohe Spannungen bis zu 1000 V brauchbar sein. Eine erhöhte Beanspruchung des Leistungsreglers tritt bei diesem Einsatz auch noch insofern auf, weil der zu schaltende Betriebsstrom meistens nur eine Frequenz von 16²/₃ Hz hat, wodurch die Gefahr des Stehenbleibens des Lichtbogens gefördert wird. Schließlich muß der Leistungsregler die Bedingung erfüllen, daß er ohne Wartung eine jahrelange Lebensdauer besitzt.

Durch Leistungsregler bisher bekannter Konstruktionen wäre die vorstehende Aufgabe nicht zu lösen, weil deren Kontakte nur mit verhältnismäßig kleiner Kraft zusammengehalten werden. Bei Stoßbeanspruchungen würden daher die Kontakte öffnen, wenn nicht gar vibrieren. Die Folge hiervon ist, daß sie insbesondere bei der kleinen Frequenz von 16²/_s Hz vor allem durch Verbrennen zerstört wurden. Leistungsregler normaler Ausführung sind daher für eine direkte Regelung insbesondere bei 1000 V Betriebsspannung ungeeis^iet.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein Leistungsregler auch für die vorstehend geschilderten unscünstiffen Betriebsbedingungen brauchbar gemacht werden kann, wenn man seine Sohaltperiode in dem Maße verlängert, wie es gerade die damit verbundenen Temperaturschwankungen des Heizkörpers noch, zulassen. Durch eine derartige Maßnahme wird außer der Lebensdauer der Schaltkontakte auch die des auf eine konstante mittlere Aufnahmeleistung zu regelnden Heizkörners erhöht.

Erfindungsgemäß ist daher zur Verlängerung· der Schaltperiode zwischen dem mittelbar messenden Steuerorgan und dem Sohnapporgan ein Kraftspeicher (Feder) vorgesehen, und außerdem besitzt der beheizte Bimetallstreifen als Steuerorgan eine thermische Beschwerung. Dadurch, daß der Bimetallstreifen nun nicht mehr direkt auf das Schniapporgan des Schalters, Stoßfester thermisch gesteuerter
elektrischer Schalter

Anmelder:

Continental Elektroindustrie

Aktiengesellschaft

Voigt & Haeffner,

Frankfurt/M., Hanauer Landstr. 142-172

Dipl.-Ing. Ernst Rozumek, Berlin-Wannsee,
ist als Erfinder genannt worden

sondern über den vorgeschalteten, zugleich zur Verlängerung der Sohaltperiode· beitragenden Kraftspeicher auf diesen einwirkt, steht nun an. den Kontakten des Schalters ein ,hoher Druck an. Auftretende Stöße bleiben daher ohne Auswirkung auf die Kontakte. Diese .bleiben geschlossen, werden aber im Augenblick des öffnens mit großer Beschleunigung geöffnet und schalten dabei" jetzt auch bei 16²/₃ Hz sicher. Den Kraftspeicher wird man zweckmäßig mit einem Justierorgan, versehen, um damit dessen Vorspannung und zugleich auch die Länge der Sdhaltperiode zu beeinflussen. ...

Ebenso trägt die gemäß, der weiteren Erfindung vorgeschlagene thermische Beschwerung des Bimetallstreifens zur Verlängerung der Sdhaltperiode bei. Die Wärme der Heizwicklung des Bimetallstreifens wird nun nur mit starker Verzögerung auf diesen übertragen und ebenfalls mit, Verzögerung von dem Bimetallstreifen an die Umgebung abgegeben.

Schließlich sind bei dem. neuen Leistungsregler Maßnahmen getroffen, um durch Temperaturänderungen verursachte Längenänderungen seiner Grundplatte und seines Söhnapporgans zu verhindern. Würde man davon absehen, dann könnte einer Änderung der Vorspannung der, .Knickfeder des Schnapporgans nicht vorgebeugt werden, was aber zwecks Erzielung eines stets gleichbleibenden Schaltzeitpunktes unbedingt erforderlich ist., .Dieserhalb ist gemäß der weiteren Erfindung das, Schnapporgan auf einer Platte befestigt, deren, thermischer Ausdehnungskoeffizient etwa gleich dem des wirksamen Teiles des Schnapporgans ist. ... .

009 507/322

Eine mögliche Ausführungsform des neuen Reglers ist in Bild 1 schematisch dargestellt. Das Steuerorgan in Gestalt irgendeines thermisch beschwerten und elektrisch beheizten Ausdehnungskörpers, im vorliegenden Fall ein Bimetallstreifen 1, ist mit einem Hebel 20 kraftschlüssig verbunden und kann mittels der Unrundscheibe 21 um die Achse 2 verschwenkt werden. Das freie Ende des Bimetallstreifens trägt eine Verstellschraube 3. Zwischen dieser und einer mit einer Rückstellfeder 17 versehenen Schiene 5 stützt sich die Feder 4 ab, die zwecks Verlängerung der Schaltperiode zweckmäßig so bemessen ist, daß erst eine entsprechend große Durchbiegung des Bimetallstreifens und Aufladen des Kraftspeichers 4 erfolgen muß, ehe die Reglerkontakte öffnen. Die Schiene 5 ist mit ihrem einen Ende über eine dünne kurze Gelenkfeder 6 an einem Bock 6 α befestigt. Sie wird durch eine sich auf der Schneide 8 abstützende Knickfeder 7 in ihrer Längsrichtung gedrückt. An der Schiene 5 ist der Schaltstift 9 befestigt, der eine Verstellschraube ao 10 aufnimmt. Zwischen dem Kopf dieser Schraube und dem Schaltstift befindet sich eine einseitig eingespannte Blattfeder 11, deren freies Ende durch die Einstellschraube 12 verschoben werden kann. Durch Drehen an den Stellschrauben 10 und 12 und einer damit verbundenen Änderung des Ausschlagwinkels des Schnapporgans kann sowohl der Kontaktdruck als auch der Kontaktweg beliebig eingestellt werden. Diese besondere Einstellmöglichkeit wird benötigt, weil bei hohen Schaltleistungen der Kontaktdruck ein gewisses Maß nicht unterschreiten darf und mit Rücksicht auf die hohe Betriebsspannung von 1000 V der Schaltweg eine bestimmte Mindestlänge haben muß.

Der vorerwähnte Schaltstift 9 ist mittels der Schraube 13 mit der Schaltfeder 14 verbunden, die den beweglichen Kontakt 15 trägt, der dem Festkontakt 16 zugeordnet ist.

Die bewußt so dünn wie möglich gehaltene Gelenkfeder 6 könnte an und für sich zur Rückführung des Schnappmechanismus in dessen Ruhelage benutzt werden. Hierdurch würde aber die ruckartige Bewegung des freien Endes der Schnappschiene 5 gehemmt. Um dies zu vermeiden, erfolgt die Rückführung des Schnappmechanismus mit Hilfe der von dem Bock 18 getragenen und gegenüber der Feder 4 angreifenden Rückstellfeder 17. Innerhalb dieser Feder 17 ist die verstellbare, mit einem Stift versehene Anschlagschraube 19 angeordnet, mit der die Durchbiegungder Gelenkfeder 6 begrenzt werden kann.. Durch vorgenannte Mittel wird mit Sicherheit einer Beschädigung des Schnappmeehanismus vorgebeugt und insbesondere die empfindliche Gelenkfeder 6 weitgehendst entlastet.

Wie schon eingangs erwähnt, ist das Steuerorgan, nämlich der Bimetallstreifen 1, mit einer thermischen Beschwerung versehen. Aus dem Schnitt gemäß Bild 2 ist zu ersehen, daß der Bimetallstreifen 1 allseitig in eine starke und gegebenenfalls auch elektrisch isolierende Umhüllung 25 eingebettet ist. Ebenso ist die Heizwicklung 26 von einer starken wärmeisolierenden Masse 27 umgeben. Die thermische Beschwerung muß natürlich so nachgiebig sein, daß die Bewegung des Bimetallstreifens nicht gehemmt wird.

Zwecks Vermeidung der Auswirkung von Längenänderungen infolge von Temperaturänderungen, die im Bahnbetrieb verhältnismäßig hohe Werte einnehmen können und die sich auf den Schnappmeehanismus bzw. dessen Kraft und damit auf die Schalteigenschaften nachteilig auswirken konnten, wurde der Leistungsregler auf einer Grundplatte 22 befestigt, deren Werkstoff einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der etwa gleich dem der wirksamen Teile 5 und 7 des Schnappmechanismus ist.

Um unter Berücksichtigung der im Bahnbetrieb auftretenden Beanspruchungen ein sicheres Schalten zu erreichen, sind möglichst große Durchbiegungen des Bimetallstreifens erforderlich, auch muß die mittlere Beheizung desselben sehr hoch gewählt werden. Da aber im Bahnbetrieb starke Spannungsschwankungen auftreten, verursachen diese eine weitere zusätzliche Erhitzung des Bimetallstreifens. Diese kann sich dann unangenehm bemerkbar machen, wenn derselbe auf den höchsten mittleren Energiedurchlaß eingestellt ist. Wird alsdann das Einstellorgan (Unrundscheibe 21) auf den niedrigsten Durchlaß (maximale Nockenhöhe) zurückgestellt, dann würde das Ende des Bimetallstreifens auf die Schiene 5 einen derartigen Druck ausüben, daß sowohl die Gelenkfeder 6 als auch der Bimetallstreifen 1 beschädigt werden könnten. Einem solchen Schaden kann vorgebeugt werden, wenn man den zwischen dem Steuerorgan und dem Regelschalter vorgesehenen Kraftspeicher so —■ wie in Bild 3 dargestellt ·—■ ausbildet. Danach gleitet in der hohlen mit einem Bund 31 versehenen Verstellschraube 30 ein Stift 32 mit einem Mitnehmer 33. Durch Drehen an der Verstellschraube 30 kann die sich zwischen deren Bund 31 und einem mit Gewinde versehenen Widerlager 34 abstützende Feder in ihrer Vorspannung geändert werden. Bei Überhitzung des Bimetallstreifens 1 wird infolge Ausweichens des Stiftes 32 in Richtung des gezeichneten Pfeiles die Feder 40 zusammengedrückt.

Der Stromverlauf- innerhalb des Leistungsreglers ist folgender: Von dem an dem Festkontakt 16 liegenden Netzspannung verläuft der-Strom über den beweglichen Kontakt 15 zur Schaltfeder 14 und von dieser zur Grundplatte 22, von dort über den Bimetallstreifen 1 zu-dessen Heizwicklung 23, deren Ende zu dem zu regelnden Heizkörper 24 geführt ist. Der Heizkörper steht entweder mit dem zweiten Netzpol oder mit Erde in Verbindung. Erwähnt sei noch, daß die Heizwicklung des Bimetallstreifens nicht, wie vorstehend geschildert, mit dem Heizkö>rper in Reihe geschaltet sein muß, sie kann ebensogut parallel zu diesem liegen. · -

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Stoßfester thermisch gesteuerter elektrischer Schalter zur Regelung auf konstante mittlere Leistungsaufnahme · von Elektroenergieverbrauchern mit einem drehbar gelagerten, beheizten Bimetallstreifen als mittelbar messendem Steuerorgan, das auf den Schaltmechanismus einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verlängerung der - Schaltperiode zwischen dem Steuerorgan (1) - und dem Schnapporgan (5,-6, 7) ein Kraftspeicher (Feder 4) vorgesehen ist und der beheizte Bimetallstreifen (1) eine thermische Beschwerung (25, 27) besitzt.

   2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwicklung-(26) des Bimetallstreifens allseitig von wärmeisolierendem Werk-

   - stoff (25, 27) hoher spezifischer Wärme umgeben ist. ·

   -3. Sehalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher (Feder 4) maximal eine Vorspannung besitzt, die gerade ausreicht, um das Schnapporgan des Regelschalters zu betätigen, dessen Federkonstante aber so klein ist,

   daß eine Überbeanspruchung empfindlicher Teile, insbesondere des Steuerorgans, auch bei außergewöhnlichen Betriebsverhältnissen nicht eintreten kann.

   4. Schalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Kontakten (15) ein an einer sehr dünnen und kurzen Gelenkfeder (6) befestigtes Schnappoorgan (5., 7) vorgeschaltet ist, an dem gegenüber dem Angriffspunkt des Steuerorgan« (1, 4) dessen Rückstellfeder (17) angreift.

   5. Schalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schnapporgan auf einer Platte befestigt ist, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient etwa gleich dem des wirksamen Teiles des Schnapporgans ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 561 986; französische Patentschrift Nr. 973 920; schweizerische Patentschrift Nr. 99 609.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 009 507/322 4,60