DE1085953B - Automatischer Schalter mit thermischer und magnetischer Ausloesung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft automatische Schalter mit thermischer und magnetischer Auslösung.

Es ist ein Schalter bekannt, der bei Auftreten eines starken Überstroms infolge eines Kurzschlusses augenblicklich, bei Auftreten von schwächeren Überströmen jedoch mit einer zeitlichen Verzögerung ausgelöst wird. Dieser Schalter weist eine verhältnismäßig komplizierte Auslöseeinrichtung auf, die einen Arm mit zwei Federn, einem Kipphebel und eine Sperrklinke benötigt. Der Nachteil dieses Schalters besteht darin, daß bei einer thermischen Verformung eines der thermischen Auslösung dienenden Bimetallstreifens der Luftspalt der magnetischen Auslösevorrichtung verändert wird. Falls man die Empfindlichkeit der thermischen Auslösung durch eine Verstellung eines Bauteils verändert, beeinflußt man auch die Breite des Luftspalts und verändert die Empfindlichkeit der magnetischen Auslösung.

Bei einem weiteren bekannten Schalter biegt sich der Bimetallstreifen der thermischen Auslösevorrichtung durch und verschwenkt dabei den Anker gegenüber dem Kern der elektromagnetischen Auslösevorrichtung. Der Luftspalt erhält dabei die Form eines Keils, wobei die Empfindlichkeit der magnetischen Auslösevorrichtung in unerwünschter Weise verändert wird.

Ein Ziel der Erfindung ist es daher, eine verbesserte thermische und magnetische Auslösung in einem Schalter anzugeben, bei dem ein Riegel gelenkig mit dem beweglichen Ende eines stromempfindlichen Bimetallstreifens verbunden ist und ein Elektromagnet auf einen am Riegel befestigten Anker einwirkt.

Hierbei soll die magnetische Auslösevorrichtung so' schnell wirken, daß das Bimetallelement gegen Be^- schädigungen durch hohe Stromspitzen geschützt ist.

Gemäß der Erfindung bewegt sich der Anker bei einer Biegung des Bimetallstreifens im wesentlichen in der Ebene seiner dem Pol des Magneten gegenüberstehenden Fläche und ändert dabei nur in geringem Maße seinen Abstand und seine Winkelstellung zur Polfiäche des Magneten.

Hierbei ist der Elektromagnet starr gehaltert, und der Riegel mit dem Anker wird bei Erwärmung des Bimetalls in der Auslöserichtung bewegt. Der Riegel trägt einen Anker, dessen Luftspalt gegenüber dem Elektromagneten trotz der thermischen Verschiebung des Riegels im wesentlichen konstant ist.

Der Riegel wird nicht nur durch den Elektromagneten!, sondern auch durch den Bimetallstreifen in der Auslöserichtung betätigt. Die magnetische Auslösung wird durch den Bimetallstreifen weder gehemmt noch verzögert. Die Anordnung enthält auch ein Stützgelenk für den kombinierten Anker und Riegel auf dem Bimetallstreifen. Der Elektromagnet ist unab-

Automatischer Schalter mit thermischer und magnetischer Auslösung

Anmelder:

Federal Pacific Electric Company,
Newark, N.J. (V.St.A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 17. Juni 1955

Dominik Wiktor, Newark, N. J. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

hängig von dem Bimetallstreifen gelagert. Wenn sich der Bimetallstreifen krümmt, verschiebt er den Anker quer zum Elektromagneten statt von diesem weg oder auf diesen zu. Während der thermischen Biegung bewegt sich der kombinierte Anker und Riegel als Ein- heit zusammen mit dem Bimetallstreifen senkrecht zum Ende des Elektromagneten, so· daß die magnetische Auslöseempfindlichkeit konstant ist.

Die beschriebene Anordnung ist bei Schaltern derjenigen Bauart von besonderem Vorteil, bei denen der Riegel zusammen mit dem Elektromagneten auf dem beweglichen Kontaktteil angeordnet ist. Derartige Schalter öffnen sich sehr rasch, und bei günstiger Ausführung schließen sie sich auch schnell. Eine rasche Kontaktbewegung führt dabei zu einer entsprechenden raschen Bewegung des Bimetallstreifens. Der Bimetallstreifen trägt nur die zusätzliche Masse des Ankers und des Auslöseelements und nicht die des Elektromagneten. Daher ist die Trägheitseinwirkung der Magnetauslösemasse auf den Bimetallstreifen auf ein Mindestmaß herabgesetzt.

Ein weiteres Merkmal des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß ein weiterer Bimetallstreifen zur Kompensation von Schwankungen der Raumtemperatur zwischen dem Bimetallstreifen und dem durch den Riegel eingeklinkten Mechanismus angeordnet ist. In den Zeichnungen ist

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Schalters gemäß der Erfindung, bei dem die Vorderseite des Gehäuses abgenommen ist,

009 568/259

Fig. 2 eine Teilansicht ähnlich der Fig. 1 einer abgeänderten Ausführungsform in größerem Maßstab,

Fig. 3 ein Teilschnitt der zweiten Ausführungsform nach der Linie 3-3 der Fig. 2.

Der Schalter nach Fig. 1 wird von einem Handgriff 20 aus Isolationsmaterial über einen Hebel 24, einen Betätigungsteil 26 und einen beweglichen Kontaktarm 28 betätigt. Der Kontaktarm 28 hat eine Achse 30 in Form einer Schraubenfeder, die senkrecht zur Bildebene steht und den Kontaktarm 28 federnd trägt. Wenn der Handgriff 20 von der äußersten rechten Stellung in die dargestellte linke Stellung geschwenkt wird, dann wird der Kontaktarm 28 im Uhrzeigersinn um den Drehpunkt 30 geschwenkt und der bewegliche Kontakt gegen den festen gedrückt.

Der Schließvorgang hängt von einer Verriegelung des Betätigungsteiles 26 in der dargestellten Lage durch eine kombinierte thermische und magnetische Verriegelungsanordnung 32 ab.

Ein V-förmiger Teil 36 wird von dem Kontaktarm 28 schwenkbar getragen. Wenn über den Handgriff 20 der Schalter geschlossen wird, kommt der Teil 36 mit einer Nase 38 der Gehäusewandung in Eingriff, so daß das Schließen des Kontaktes mit einer Schnappwirkung stattfindet, selbst wenn der Handgriff nur langsam bewegt wird. Bei dem Schließvorgang hebt der Kontaktarm 28 das linke Ende des Teiles 36 allmählich an, so daß es an der Nase 38 entlangwandert, bis es von dem Vorsprung der Nase angehalten wird. In diesem Moment hat der bewegliche Kontakt noch einen beträchtlichen Abstand von dem festen Kontakt. Wenn der Sctiließvorgang des Handgriffes 20 weitergeht, streckt sich die Hebelverbindung 20,24 gerade, ■wobei der Kontaktarm 28 nach rechts verschoben wird und das federnde Gelenk 30 nachgibt. Auf diese Weise wird auch der Teil 36 nach rechts verschoben und löst sich vom Vorsprung der Nase 38 ab. Hierdurch wird der bewegliche Kontaktarm 28 frei, schnappt nach oben und links und kommt mit dem ortsfesten Kontakt in einen festen, schleifenden Eingriff. Um den Schalter von Hand zu öffnen, wird der Handgriff 20 nach rechts bewegt. Hierdurch wird der Betätigungsteil 26 sowie der Kontaktarm 28 für eine rasche Öffnung freigegeben, wobei eine Feder 34 den beweglichen Kontakt von dem festen Kontakt wegdrückt. Der Betätigungsteil 26 enthält einen die Außentemperatur kompensierenden Bimetallstreifen 42, der an seinem einen Ende um den Gelenkpunkt des Hebels 24 gehaltert ist. An seinem anderen Ende bewegt sich der Bimetallstreifen 42 in Gleitlagern 46 in dem Teil 44. Wenn die Raumtemperatur sich ändert, schiebt sich das untere Ende des Bimetallstreifens 42 herein und heraus, um die Abbiegung eines Bimetallstreifens 48, soweit sie von der Raumtemperatur herrührt, zu kompensieren. Ein isolierendes Lager ist zwischen dem Metallteil 44 und dem beweglichen Kontaktarm 28 vorgesehen, um einen elektrischen Nebenschlußweg zu verhindern, der den Strom, der zur Betätigung der thermischen und magnetischen Auslösevorrichtung benutzt wird, kurzschließen würde.

Der stromempfindliche Bimetallstreifen 48 ist am linken Ende starr mit dem beweglichen Kontaktarm 28 verbunden. Ein magnetischer Kern 50 ist ebenfalls mit dem Kontaktarm 28 an dieser Stelle durch einen Niet verbunden. Der Querschnitt des Nietes ist rechteckig, und die Löcher in dem Bimetallstreifen und dem Magnetkern 50 sind ebenfalls rechteckig, so daß sie sich gegenseitig nicht verdrehen können. Eine Spule aus isoliertem Draht 58 ist um den Kern 50 herumgewickelt und mit einem Ende mit dem Bimetallstreifen 48 möglichst weit von dem Niet entfernt verschweißt, während das andere Ende der Spule 58 über eine biegsame Kupferlitze 60 mit dem Steckkontakt 18 verbunden ist.

Ein Gelenkstift 52 ist mit dem Bimetallstreifen 48 in der Nähe des rechten freien Streifenendes verschweißt. Dieser Gelenkstift trägt einen kombinierten Riegel und magnetischen Anker 54, der durch eine Feder 56 gegen den Uhrzeigersinn in eine normale Stellung gedrückt wird, die durch das freie Ende des Bimetallstreifens 48 begrenzt ist. Der Ankerteil des Teiles 54 ist aus Eisenblech geformt, das auf sich zurückgebogen ist, um dem magnetischen Material eine größere Dicke zu geben. Der Anker ragt über das Ende des Elektromagneten 50,58 hinaus. Beim Schließen des Schalters wird ein Stromkreis von dem Steckkontakt 18 über die Spule 58, den Bimetallstreifen 48 und die Kontakte zur äußeren Anschlußklemme hergestellt. Eine allmähliche Erwärmung des Bimetallstreifens 48 durch den hindurchfließenden Strom ruft eine Biegung nach unten hervor. Wenn der Dauernennstrom des Unterbrechers überschritten wird, bewegt der Bimetallstreifen 48 den Riegel 54 aus der Stellung, in der er den Betätigungsteil 26 hemmt, so daß sich der Schalter ruckartig öffnen kann.

Wenn ein plötzlicher Strom auftritt, der den Auslösenennstrom stark, z. B. um den Faktor 10, übersteigt, dann bewirkt die Spule 58 eine nahezu sofortige Schwenkung des Teiles 54, bevor der Bimetallstreifen 48 sich genügend für die Auslösung erwärmt hat; der Riegel 54 wird also magnetisch ausgelöst. Diese magnetische Auslösung erfolgt so schnell, daß eine Beschädigung des Bimetalls durch eine übermäßige Erwärmung verhindert wird. Der Strom, den der Unterbrecher unter Umständen aushalten kann, kann mehrere lOOmal so groß wie der Nennstrom sein. Auf Kurzschlüsse sprechen empfindliche magnetische Auslösungsvorrichtungen gut an, womit ein besserer Schutz für das stromempfindliche Bimetall verbunden ist. Die empfindliche magnetische Auslösung liefert für den Stromkreis auch einen sofortigen Schutz, wenn eindeutig anomale Zustände auftreten; es findet jedoch keine Auslösung bei zulässigen Stromstößen statt, die z. B. das fünffache des Dauernennstroms des Unterbrechers betragen. Solche Stromstöße können auftreten, wenn eine starke Glühlampe in dem geschützten Kreis eingeschaltet wird.

Der von dem Schalter gemäß der Erfindung geschützte Kreis kann in dem Zeitpunkt, in dem die zusätzliche Belastung eingeschaltet wird, einen Dauerbelastungsstrom führen. Vor diesem Zeitpunkt ist der Bimetallstreifen 48 nach unten gebogen worden, jedoch nicht so weit, daß eine Auslösung erfolgt ist. Der Ankerteil des Elementes 54 ist zwar durch den Bimetallstreifen 48 nach unten verschoben, jedoch bleibt sein Abstand vom Elektromagnet 50, 58 durch die Krümmung unbeeinflußt. Die magnetische Auslösung spricht daher auf eine zusätzliche Belastung im wesentlichen in der gleichen Weise an, wie wenn keine anfängliche Belastung in dem geschützten Kreis vorhanden wäre, weil in beiden Fällen der magnetische Luftspalt gleich groß ist.

Der Belastungsstrom kann bis zu einem Punkt ansteigen, der kurz vor dem Auslösen liegt, wobei sich der Riegel 54 an dem Riegel 26 nach unten bewegt; danach kann der Strom abfallen. Der Gelenkpunkt 52 wird dann durch Abkühlung des Bimetallstreifens 48 angehoben. Die Feder 56 ist vorzugsweise so stark, daß sie die Riegelreibung überwindet, so daß der Riegel im Eingriff mit dem Ende des stromempfindlichen

Bimetallstreifens gehalten wird; sie sollte jedoch im Vergleich zur Federstärke des Bimetallstreifens 48 schwach sein, um die volle Wirkung der gelenkigen empfindlichen Magnetauslösevorrichtung auszunutzen. Die Feder kann auch schwächer ausgeführt sein, wenn keine Bedenken bestehen, daß eine geringe Abnahme des Luftspaltes (Zunahme der Empfindlichkeit) bei Schwankungen des Stromes in dem geschützten Kreis auftritt.

Der magnetische Anker wird so befestigt, daß er sich in seiner eigenen Ebene bewegt, wenn sich das Bimetallelement 48 nach oben und unten krümmt, wobei der Anker sich senkrecht zum Pol des Elektromagneten bewegt. Der stromempfindliche Bimetallstreifen und der Elektromagnet, die elektrisch in Reihe geschaltet sind, sind im wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die kleine Masse, die von dem stromempfindlichen Bimetallstreifen getragen wird, macht den Stromkreisunterbrecher praktisch unempfindlich gegen mechanische Stöße und verhindert, daß starke verformende Beanspruchungen auf den Bimetallstreifen ausgeübt werden, wenn die Auslösevorrichtungen und der Bimetallstreifen sich mit dem beweglichen Kontaktarm während der ruckartigen öffnung des Unterbrechers bewegen. Eine kleine Verformung würde eine Kalibrierung stark beeinträchtigen'. Außerdem behält die magnetische Auslösung ihre hohe Empfindlichkeit bei und ist ganz unabhängig von der gekrümmten Form des stromabhängigen Bimetallstreifens, die durch veränderliche Belastung und veränderliche Raumtemperatur verursacht wird.

Eine abgeänderte Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Ausführung ist jedoch der kompensierende Bimetallstreifen 42 an dem Betätigungsteile fortgelassen und ist statt dessen am freien Ende des stromempfindlichen Bimetallstreifens 48' befestigt. Der Bimetallstreifen 42' krümmt sich in Abhängigkeit von der steigenden Raumtemperatur im selben Maß nach oben, wie sich der Bimetallstreifen 48 nach unten biegt. Der magnetische Riegel 54' wird nach unten bewegt, wenn der Bimetallstreifen 48' sich in Abhängigkeit von den Strömen erwärmt, deren Größe dem Auslösestrom sich nähert. Während dieser Biegung bewegt sich der Ankerteil des Riegels 54' nur in seiner eigenen Ebene quer zum Kern 50, ohne daß dabei der Magnetspalt wesentlich verändert wird. Die magnetische Auslösung wird daher trotz der Abbiegung, die durch den den Bimetallstreifen 48' erwärmenden Strom verursacht wird, auf hoher Empfindlichkeit ge-

halten. Die Wirkung der Raumtemperaturänderungen auf den Bimetallstreifen 48' hat nur einen Einfluß zweiten Grades auf den Luftspalt.

Die Teile 54 und 54' sind mit zwei Armen versehen', die zu beiden Seiten des Drahtes liegen, der mit dem stromempfindlichen Bimetallstreifen verschweißt ist. Diese Anordnung kann vorteilhaft als kombinierter Anker und Riegel ausgebildet sein, der von einem einzigen Arm getragen wird, der in der dargestellten Lage schwenkbar befestigt ist und in einem Längsschlitz aufgenommen wird, der in der Mitte des Bimetallstreifens 48 oder 48' in der Nähe seines freien Endes liegt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Automatischer Schalter mit thermischer und magnetischer Auslösung, bei dem ein Riegel gelenkig mit dem beweglichen Ende eines stromempfindlichen Bimetallstreifens verbunden ist und ein Elektromagnet auf einen am Riegel befestigten Anker einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Anker (54) bei einer Biegung des Bimetallstreifens (48) im wesentlichen in der Ebene seiner dem Pol des Magneten gegenüberstehenden Fläche bewegt und dabei nur in geringem Maße seinen Abstand und seine Winkelstellung zur Polfläche des Magneten ändert.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (56) den Anker von dem Pol in der Rückstellrichtung, d. h. in der der Auslösung entgegengesetzten Richtung, wegdrückt und daß der Bimetallstreifen mit seiner Verlängerung gegen den Riegel anliegt, wodurch der Federspannung entgegengewirkt wird.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Bimetallstreifen (42') zur Kompensation der Raumtemperatur zwischen dem stromempfindlichen Bimetallstreifen (48') und dem durch den Riegel eingeklinkten Mechanismus angeordnet ist (Fig. 2).

4. Schalter nach. Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegel zusammen mit dem Elektromagneten auf dem beweglichen Kontaktteil angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschrift Nr. 119 407;
USA.-Patentschriften Nr. 2 323 784, 2 114 845.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen