DE1186934B - Elektrischer Bimetallschalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H02c

Deutsche Kl.: 21c-40/05

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

T23274VIIId/21c
29. Dezember 1962
11. Februar 1965

Bϊ3 π ö r d Jin e ί π ei η 111 γιϊ I

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Bimetallschalter in Rohrform, insbesondere für Wicklungseinbau, mit einem Gehäuse, in dem ein Bimetallkontaktarm, vorzugsweise ein Schnappglied, einseitig eingespannt und darüber ein etwa U-förmiges Heizglied angeordnet ist, und mit an dem einen Ende des Gehäuses angeordneten Anschlußklemmen.

Es sind Bimetallschalter mit Heizglied bekannt, die sich insbesondere für einen Wicklungseinbau zum Schütze von Motoren eignen. Derartige Schalter können die äußere Form eines Rohres mit verjüngtem Ende besitzen. In diesem Schalter ist jedoch häufig das Heizglied so angeordnet, daß der Wärmeübergang zum Bimetallelement unvollkommen ist und die Schalter deshalb nicht rasch genug schalten, um z. B. einen Motor in jedem Falle vor Schaden zu bewahren.

Die Erfindung geht nun von der Aufgabe aus, diesem Nachteil abzuhelfen und einen Bimetallschalter vorzuschlagen, bei dem die Lage des Heizgliedes nahe dem Bimetallarm für jeden Betriebszustand festgelegt ist und die Heizwirkung zusätzlich durch eine temperaturabhängige Lageänderung des Heizgliedes erhöht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Heizglied aus einem ersten und einem zweiten streifenförmigen Schenkel besteht und daß sein U-Steg am anschlußfernen Ende des Gehäuses derart leitend mit dem Bimetallarm festgelegt ist, daß das Heizglied mindestens teilweise bei einer vorbestimmten thermischen Ausdehnung deformiert wird und sich nach dem Bimetallarm zu verbiegt, ohne ihn jedoch in der Ein-Stellung zu berühren.

Mit dieser Ausbildung wird gegenüber bekannten Bimetallschaltarmen der Vorteil erreicht, daß das Heizglied näher an den Bimetallarm herangelangt, die Wärme besser auf diesen überträgt und somit im Bedarfsfall ein rascheres Schalten ermöglicht.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen von Bimetallschaltern gemäß der Erfindung, dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene und aufgebrochene Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Schalters gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Seitenansicht des Schalters aus F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 aus F i g. 1,

F i g. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 aus F i g. 2 und

Fig. 5 eine auseinandergezogene Ansicht der Kopfteile des Schalters aus F i g. Ϊ.

In den Fig. 1 bis 3 ist der Bimetallschalter als Elektrischer Bimetallschalter

Anmelder:

Texas Instruments Incorporated Dallas, Tex.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Höger, Dr.-Ing. E. Maier
und Dipl.-Ing. W. Stellrecht M.Sc,
Patentanwälte, Stuttgarts, Uhlandstr. 16

Als Erfinder benannt:
Walter Herman Moksu, Attleboro, Mass.;
James Edward Shockroo, Norton, Mass.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 16. Mai 1962 (195 132)

Ganzes mit 10 bezeichnet. Er weist ein metallisches, elektrisch und thermisch leitendes Gehäuse 12 auf, das beispielsweise aus Stahl bestehen kann. Das Gehäuse 12 hat einen geschlossenen Endteil 14 von kleinerem Querschnitt und einen offenen Teil 16, durch den eine auf Wärme ansprechende, weiter unten beschriebene Baugruppe eingesetzt werden kann.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weist der Schalter 10 ein erstes elektrisch leitendes Anschlußstück 18 auf, das beispielsweise aus Stahl besteht. Ein Teil dieses Anschlußstückes 18 erstreckt sich bis nach außerhalb des offenen Endes 16 des Gehäuses 12 und dient dem elektrischen Anschluß an einen äußeren Stromkreis. Ein weiterer Teil, der innerhalb des Gehäuses 12 liegt, kann mit Silber od. dgl. ummantelt sein, so daß ein elektrischer Kontakt 20 gebildet wird.

Der Schalter 10 weist ferner einen auf Wärme ansprechenden, mit Schnappwirkung arbeitenden Bimetallarm 30 auf. Der Bimetallarm 30 ist mit einem nicht abwickelbaren oder deformierten Teilstiick verschen, das die Schnappwirkung ausübt. Der Bimctallann 30 trägt an seinem freien Ende einen elektrischen Kontakt 32. der mit dem stationären Kontakt 20 in und außer Berührung kommen kann.

509 50S/318

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Der Schalter, der im besonderen für Kleinstbau geeignet ist, besitzt zwei Heizelemente, um so einen vollständigen Schutz für Motoren zu gewährleisten.

Der Schalter 10 weist ein im wesentlichen U-förmigej elektrisch leitendes oberes Anschlußglied auf, das als Ganzes mit 40 bezeichnet ist. Dieses Glied besitzt einen ersten und einen zweiten Schenkel 42 bzw. 44, die elektrische Heizglieder bilden, welche aus thermisch leitendem elektrischem Widerstandsmaterial bestehen und durch ein Basisstück 46 miteinander verbunden sind. Die Heizglieder 42 und 44 weisen jeweils einen Anschlußteil 47 bzw. 48 auf, die sich bis außerhalb des Gehäuses 12 zum elektrischen Anschluß an äußere Stromkreise erstrecken. Das Heizglied 44 hat vorzugsweise einen wesentlich größeren elektrischen Widerstand als das Heizglied 42. Das Heizglied 44 umfaßt einen langgestreckten Streifen aus einem Material mit beträchtlichem elektrischem Widerstand und ist mit entgegengesetzten Enden am Anschlußteil 48 bzw. am Basisstück 46 angeschweißt. Bei Verwendung als Motorschutz bildet das Heizglied 44 das Anlaßwicklungsheizelement, während das einen niedrigeren Widerstand aufweisende Heizglied 42 das Hauptwicklungsheizelement bildet. Geeignete Materialien für das Heizglied 44 sind beispielsweise eine Chromel-A-Legierung mit ungefähr 78% Nickel, 20% Chrom, maximal 2% Mangan und 0,06% Kohlenstoff, ferner »Inconel« mit ungefähr 79,5% Nickel, 13% Chrom, 6,5% Eisen, 0,25% Mangan, 0,25% Silizium, 0,08% Kohle, 0,20% Kupfer oder »Nichrome« mit ungefähr 15 bis 16% Chrom, 59 bis 62% Nickel, 24% Eisen und 0,1% Kohlenstoff. Obwohl das Heizglied 42, das Basisstück 46 und der Anschlußteil 47 in dem Beispiel einstückig gebildet sind (beispielsweise durch Ausstanzen), sei darauf hingewiesen, daß diese Teile gegebenenfalls auch getrennt gebildet und beispielsweise durch Schweißen miteinander verbunden sein können. Ferner können sie in einigen Fällen auch einstückig mit dem Heizglied 44 und dem Anschlußstück 48 sein. Die einzelnen Heizglieder 42 und 44 sind jeweils mit Einkerbungen 50 und 52 versehen, auf deren Zweck weiter unten eingegangen wird.

Der mit Schnappwirkung arbeitende Bimetallarm 30 ist an seinem einen Ende elektrisch mit dem U-förmigen Anschlußglied 40 am Basisstück 46, beispielsweise durch Schweißen, verbunden und von diesem fliegend gehalten. Der Bimetallarm 30 ist an dem vom Kontakt 32 entfernten Ende mit einem Schweißansatz oder einem Vorsprung 60 versehen. Der Schweißansatz 60 erhöht die gute Wärmeleitfähigkeit und die gute elektrische Leitfähigkeit in bezug auf die Verbindung mit dem Anschlußglied 40. Wie aus F i g. 2 und 3 zu ersehen ist, sind das Basisstück 46, das Ende des Anschlußgliedes 40 und das freie Ende des Bimetallarmes 30 am geschlossenen Ende 16 des Gehäuses 12 angeordnet. Das Basisstück 46 ist mit einem verformten Teil 49 verseilen, das eine Doppclfunktion ausübt: Es liefert erstens eine SchweißHäche, um das Befestigen des AnschluHgliedes 40 am Bimetallarm 30 ohne wesentliche schädliche Einwirkung auf die Kalibrierung des Armes 30 zu erleichtern, und wirkt zweitens mit einer komplementären Eindrückung 64 passend zusammen, die an dem einen reduzierten Querschnitt aufweisenden Ende 16 des Gehäuses 12 gebildet ist. wenn die aus dem Anschlußglied 40 und dem Thermoglied 30 bestehende Baugruppe zur genauen Festlegung ihrer Lage ins Gehäuse 12 eingesteckt und eine Relativbewegung verhindert ist.

Das eingedrückte Teil 49 wirkt mit dem Schweißvorsprung 60 zusammen, so daß in vorteilhafter Weise die die Schnappwirkung hervorrufende Deformation des Bimetallarmes 30 vor dem Zusammenbau mit dem Anschlußglied 40 eingeformt werden kann. Dieses Teil gestattet ferner ein anschließendes

ίο Anschweißen und eine Montage des Bimetallarmes 30, ohne daß in irgendeiner nachteiligen Weise die Kalibrierung der eingestellten Temperatur des Thermogliedes 30 beeinflußt wird.

Der Schalter 10 kann nach dem Zusammenbau weiter durch Biegen des geschlossenen Endes 14 vom Gehäuse 12 von außen kalibriert werden. In dieser Hinsicht bewirkt das eingedrückte Teil 49 im Zusammenwirken mit der Einpressung 64 eine Relativbewegung zwischen der Baugruppe 40, 30 und dem

so Gehäuse 12 und damit eine genauere und zuverlässigere äußere Kalibrierung des Schalters 10.

Der Schalter 10 weist ferner zwei ineinanderpassende Kopfstücke 70 und 72 auf. Die Kopfstücke 70 und 72 sind aus elektrischem Isoliermaterial,

as insbesondere keramischem Material, gebildet. Das Kopfstück 70 ist mit einem Paar von im Abstand angeordneten dreiecksförmigen Vorsprüngen 74 versehen, die mit einem Paar von im Abstand angeordneten komplementären Einkerbungen 76 im Kopfstück 72 (s. F i g. 5) zusammenwirken und dort passend aufgenommen sind. Sie dienen zum Ausrichten und dazu, um die Kopfstücke 70 und 72 in endgültig zusammengebautem Zustand zu halten. Das Kopfstück 70 ist ferner mit einem Paar von im Abstand angeordneten, mit Kerben versehenen Teilstücken 78 und 80 versehen (s. insbesondere F i g. 4 und 5), die mit den Einkerbungen 50 des Anschlußteiles 47 und 52 des Anschlußteiles 48 zusammenwirken. Das Kopfstück 70 weist ferner einen Vorsprung 82 auf.

der in ein entsprechend geformtes Kerbteil 84 paßt, das am Kopfglied 72 vorgesehen ist. Das Kerbteil 84 wirkt mit einem Kerbteil 86 des unteren Anschlußstückes 18 zusammen und nimmt dieses in sich auf.

Wenn die Kopfstücke 70 und 72 ineinandergreifen (d. h. wenn die Vorsprünge 74 innerhalb der Kerbenteile 76 und der Vorsprung 82 innerhalb des Kerbteiles 84 aufgenommen ist), schließen sie die Anschlußstücke 18 und 48 zwischen sich ein. In der Praxis werden das U-förmige Anschlußglied 40 und das Thermoglied 30 im allgemeinen als eine getrennte Baueinheit vorher zusammengebaut. Diese kann dann rasch mit den Kopfstücken 70 und 72 zusammengebaut und in das Gehäuse 12 eingesteckt werden, wobei das Basisstück 46 und das freie Ende des Bimetallarmes 30 vom geschlossenen Teil des Gehäuses 12 aufgenommen sind. Anschließend wird die Eindrückung 64 im Gehäuse 12 gebildet, um die Teile im zusammengebauten Zustand zum Fluchten zu bringen und festzuhalten. Nunmehr wird noch eine elektrisch isolierende Klebmasse 90, beispielsweise eine Epoxygießmasse, in das offene Ende 16 des Gehäuses 12 eingeführt. Die Gießmasse 90 hält die Baugruppe in der endgültig zusammengebauten

Lage innerhalb des Gehäuses 12 und dichtet diese Baugruppe ab. Die Abmessungen der keramischen Kopfstücke 70 und 72 sind derart, daß sie satt in die Innenabmessungen des Gehäuses 12 passen, um

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Claims (1)

1. 5 6

   zu verhindern, daß die Gießmasse 99 an den Kopf- zeichneten Motor enthält, welcher eine Anlaßwick-

   stückcn vorbei in das Innere des Gehäuses 12 fließt. lung 322 und eine Hauptwicklung 124 hat. Die An-

   Die Schalter gemäß der Erfindung sind im beson- laßwicklung 122 und die Hauptwicklung 124 sind in deren für kleine Ausführungsformen geeignet; sie Fig. 2 mit SW und MW bezeichnet. Ein Netzsind vorzugsweise lediglich etwa 30 mm lang (aus- 5 anschlußLl ist über einen Leiter 120 mit dem Anschlicßlich der Anschlußvorsprünge), etwa 12 mm schlußstück 18 verbunden. Die andere Seite des breit und etwa 7,5 mm stark. Die Erwärmung sol- Netzes, nämlich die Leitung L 2, ist über einen Leicher Kleinstkonstruktionen ergibt Schwierigkeiten ter 132 mit der gemeinsamen Verbindung zwischen bei den Abständen und bei dem notwendigen Spiel. der Anlaßwicklung 122 und der Hauptwicklung 124 Beim Aufbau des Schalters 10, wie er bisher be- ίο verbunden. Das andere Ende der Anlaßwicklung 122 schrieben wurde, sind die freien Enden der Heiz- ist über einen Leiter 134 an einen Anlaßwicklungsglieder 42 und 44 durch ihre Verbindung mit dem abschalter angeschlossen, der schematisch dargestellt ßasisstück 46 und den Kopfstücken 70 und 72 an und als Ganzes mit 136 bezeichnet ist, und dann über einer Längsbewegung gehindert. In dieser Anord- einen Leiter 138 mit dem Anschlußstück 48 vermine und besonders bei einer engen Anordnung der 15 bunden. Das andere Ende der Hauptwicklung 124 Teile entsteht die Gefahr, daß die Heizglieder 42 ist über den Leiter 140 mit dem Anschlußstück 47 und 44 sich bei einer thermischen Ausdehnung bie- verbunden. Somit fließt der Strom in der Anlaßwickgen und eine unerwünschte Berührung mit anderen lung 122 von L 2 über den Leiter 132, die Anlaß-Teilen des Schalters, beispielsweise mit dem elek- wicklung 122, den Leiter 134, den Schalter 136, den trisch leitenden Gehäuse 12, eingehen, wodurch ein 20 Leiter 138, das Anschlußstück 48, das Anlaßwick-Kurzschluß der Heizglieder eintreten könnte. Diese lungsheizelement 44 zum Basisstück 46, zum einen Schwierigkeit im Zusammenhang mit der ther- Ende des Bimetallarmes 30 und durch dieses Glied mischen Ausdehnung tritt besonders für das einen hindurch zum Kontakt 32, ferner zum stationären hohen Widerstand aufweisende Heizglied 44 auf. Kontakt 20, zum Anschlußstück 18, zum Leiter 130 Gemäß der vorliegenden Erfindung sind jedoch Mit- 25 und auf der anderen Seite des Netzes zur Leitung L1. tel vorgesehen, um auch diese Schwierigkeiten zu Der Strom der Hauptwicklung 124 fließt von L 2 beseitigen. über den Leiter 132 durch die Hauptwicklung 124,

   Das Heizglied 44 ist in der Nähe seiner Enden. den Leiter 140 zum Anschlußstück 47, ferner durch wie beispielsweise bei 92 und 93 angedeutet (s. das Hauptwicklungsheizelement 42 zum Basisstück F i g. 3), deformiert. Bei einer thermischen Aus- 30 46, durch den Bimetallarm 30 zum Kontakt 32, zum dehnung des Heizgliedes 44 biegt sich der zentrale stationären Kontakt 20, zum Anschlußstück 18 und Teil auf den Bimetallarm 30 zu (wodurch er in noch durch den Leiter 130 zu Ll zurück,
   engere Wärmeübergangsbeziehung zu diesem Glied Die Arbeitsweise des Schalters 10 ia dem an-30 kommt) und vom Gehäuse 12 weg in die ge- gegebenen Stromkreis ist wie folgt: Unter normalen strichelt gezeichnete Stellung gemäß F i g. 2 und 3. 35 Arbeitsbedingungen des Motors 120 reicht die Der Abstand zwischen dem Heizglied 44 und dem Wärme, die von dem durch den Bimetallarm 30 und Bimetallarm 30 ist derart, daß das Heizglied 44 beim die Heizglieder 42 und 44 fließenden Strom erzeugt Verbiegen auf Grund seiner thermischen Ausdeh- wird, zusammen mit der Wärme des Motors nicht nung im allgemeinen nicht in Berührung mit dem aus, um die Temperatur des Bimetallannes 30 so weit Bimetallarm 30 kommt, wenn letzterer in seiner 40 zu erhöhen, daß dieser zur Abschaltung des Motors Kontaktschließstellung ist. Hierdurch ist es in vor- in seine Offenstellung umschnappt. Wenn jedoch der teilhafter Weise möglich, den Abstand zwischen dem Motor einer Überlastung ausgesetzt ist, so werden Gehäuse 12 und den Heizgliedern 42 und 44 enger durch die großen Anlaß- und/oder Hauptwicklungszu gestalten, wobei das Gehäuse 12 in vorteilhafter ströme die betreffenden Heizglieder 44 und 42 und Weise als Wärmespeicher dient. Die Schwierigkeit 45 ferner der Bimetallarm 30 so beeinflußt, daß der der Wärmeausdehnung ist für das einen niedrigeren letztere den Stromkreis der beiden Wicklungen öffnet Widerstand aufweisende Heizglied 42 nicht so groß und damit diese Wicklungen gegen Überhitzen wie bei dem einen hohen Widerstand aufweisenden schützt. Mit der oben beschriebenen Anordnung wird Heizglied 44. Jedenfalls kann auch das Heizglied 42 der Einfluß der Temperatur der einzelnen Heizglieder mit deformierten Teilen 96 und 98 in der Nähe sei- 50 42 und 44 rasch durch den Bimetallarm 30 erfühlt, der Enden zum gleichen Zweck versehen werden, und zwar deswegen, weil die Heizglieder unmittelbar wie dies im Zusammenhang mit dem Heizglied 44 in thermischer Nachbarschaft zum Bimetallarm anbeschrieben wurde. Wie deutlich aus Fig. 1 hervor- geordnet sind.

   geht, liegen die Heizglieder 42 und 44 direkt ober- Es sei darauf hingewiesen, daß die Heizanordnung

   halb der einen Seite des Bimetallarmes 30 und sind 55 gemäß der Zeichnung und der obigen Beschreibung

   dicht neben der einen Seite desselben angeordnet, so in vielfacher Weise abgeändert werden kann und daß

   daß sich ein wirksamer und maximaler Wärme- diese Heizglicder auch andere Formen annehmen

   überaang zu diesen Teilen ergibt. Die Verbindung können. Der Widerstand der verschiedenen Hciz-

   zwischcn dom Basisstück 46 und dem Bimetallarm glieder 42 und 44 kann beispielsweise dadurch ge-

   30 ergibt außerdem eine gute Wärmeicitbahn zum 60 ändert werden, daß der Querschnitt des Materials,

   t-bertraacn von Wärme von den Heizgliedern zum aus dem die Heizglieder bestehen, geändert wird.
   Arm 30.

   Der Schalter 10 kann elektrisch in einen Motor- Patentansprüche:

   Schutzstromkreis, wie beispielsweise den schema- 1. Elektrischer Bimetallschaltcr in Rohrform,

   tisch in F i g. 2 dargestellten Stromkreis, eingebaut 65 insbesondere für Wicklungseinbau, mit einem Gewerden, häusc, in dem ein Bimefallkontaktarm, vorzugs-

   Wie in Fi g. 2 dargestellt ist, ist der Schalter 10 in weise ein Schnappglied, einseitig eingespannt und

   einem Stromkreis angeordnet, der einen mit 120 be- darüber ein etwa" U-förmiges^ Hefzglied ange-

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   ordnet ist, und mit an dem einen Ende des Gehäuses angeordneten Anschlußklemmen, dadurchgekennzeichnet, daß das Heizglied (40) aus einem ersten (44) und einem zweiten (42) streifenförmigen Schenkel besteht und daß sein U-Steg (46) am anschlußfernen Ende des Gehäuses (12) derart leitend mit dem Bimetallarm (30) festgelegt ist, daß das Heizglied (40) mindestens teilweise bei einer vorbestimmten thermischen Ausdehnung deformiert wird und sich nach dem Bimetallarm zu verbiegt, ohne ihn jedoch in der Ein-Stellung zu berühren.

   2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizglied (40) aus zwei nebeneinanderliegenden Widerstandsstreifen (42, 44) und einem ortsfesten Basisstück (46) als U-Steg zusammengesetzt ist.

   3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisstück (46) und das zugehörige Ende des Bimetallarmes (30) in einem ao an sich bekannten verengten Endstück des metallischen Gehäuses (12) befestigt sind.

   4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Ende des Gehäuses (12) eine Einpressung (64) zum Festlegen des Basisstückes (46) und des Bimetallarmes (30) aufweist.

   5. Schalter nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisstück (46) eine Einpressung (49) aufweist, die der Einpressung (64) des Gehäuses entspricht, wobei die Einpressungen bzw. die eingepreßten Teile ineinanderpassen.

   6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (47, 48) beider Schenkel des Heizgliedes (40) mit Teilen in an sich bekannter Weise als bis nach außen ragende Anschlußstücke dienen.

   7. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Heizschenkel (44) einen wesentlich größeren elektrischen Widerstand als der zweite (42) hat.

   8. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallarm (30) am Basisstück (46) des Heizgliedes angeschweißt ist.

   9. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das am Anschlußende des Gehäuses angebrachte Verschlußstück aus mindestens zwei Teilen (70, 72) besteht, die ineinanderpassen und mit deren Hilfe die Anschlußstücke (18, 47, 48) isoliert und formschlüssig festgehalten sind.

   10. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (70, 71) aus keramischem Material ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Französische Patentschrift Nr. 1264 114;
   USA.-Patentschriften Nr. 2 820 870, 3 031 551.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   509 508/318 2.65 Q Bundesdruckerei Berlin

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