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Bimetall-Schnappschalter, insbesondere Anlaßrelais für Einphasen-Induktionsmotoren
In Anlaßschaltungen für Einphasen-Induktionsmotoren werden hauptsächlich elektromagnetische
Anlaßrelais verwendet, die in Abhängigkeit von dem Motorstrom die Hilfsphase des
Motors nach Unterschreiten eines bestimmten Stromwertes abschalten. Die magnetischen
Relais sind verhältnismäßig aufwendig und in ihrer Funktion von der Charakteristik
des Motors abhängig. Es gehen daher Bestrebungen dahin, an Stelle dieser magnetischen
Relais thermische Anlaßrelais zu verwenden.
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Es sind Anlaßschaltungen mit thermischen Relais bekannt, bei denen
die Hauptphase des Motors in Reihe mit der Heizung eines Bimetallstreifens an Spannung
liegt, während die Hilfsphase parallel zur Hauptphase und der Heizung in Reihe mit
dem Bimetallstreifen an die Spannungsquelle angeschlossen ist. Der Bimetallstreifen
hält im kalten Zustand einen Hilfsphasenkontakt geschlossen, während er im erwärmten
Zustand mit einem Kurzschlußkontakt für die Heizwicklung zusammenwirkt. Nach Schließen
eines Netzschalters liegen somit Haupt- und Hilfsphase des Motors an Spannung und
der Motor beginnt zu laufen. Durch den Hauptphasenstrom wird über die Bimetallheizung
das Bimetall erwärmt, das sich nach einer gewissen Zeit schleichend von dem Hilfsphasenkontakt
abhebt. Das Bimetall ist so ausgelegt, daß die Kontaktöffnung erst eintritt, wenn
der Motor eine genügend hohe Drehzahl erreicht hat. Durch Weiterbeheizung krümmt
sich das Bimetall so weit, daß es schließlich mit dem Kurzschlußkontakt in Berührung
kommt. Die Heizung ist dann überbrückt, so daß sich das Bimetall wieder abkühlt
und den Kurzschlußkontakt öffnet. Danach setzt sofort die Wiederbeheizung des Bimetalls
ein, so daß es sich abermals zum Kurzschlußkontakt hin krümmt und diesen wieder
schließt. Während des Motorbetriebes wird also die Heizung ständig ein- und ausgeschaltet.
Durch die intermittierende Kurzschließung der Bimetallheizung wird es möglich, ein
Bimetall mit verhältnsmäßig kleiner Zeitkonstanten zu verwenden, d. h. es kann ein
dünnes Bimetall benutzt werden, das wegen der wiederholten Abschaltung der Beheizung
vor Überhitzung geschützt ist. Als unbefriedigend wird allerdings bei diesem Schalter
empfunden, daß die Abschaltung der Hilfsphase schleichend erfolgt. Der Abschaltvorgang
dauert hierbei zu lange, so daß die Störschutzvorschriften nicht eingehalten werden
können.
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Es sind zwar Schalter bekannt, bei denen ein kontakttragender Bimetallstreifen
mit einem Feder-Schnappelement zusammenwirkt, so daß hiermit eine Momentschaltung
erreicht werden kann, jedoch lassen sich bei solchen Schaltern Kontaktprellungen
nicht verhindern. Andere bekannte Schalter, bei denen ein Bimetallstreifen in einer
Raststellung festgehalten wird und bei Erwärmung in eine zweite Raststellung übergeht,
arbeiten zwar prellfrei, jedoch kann eine hohe Abschaltgeschwindigkeit nicht erreicht
werden, weil die Anordnung so getroffen ist, daß eine Gegenkontaktfeder im Abschaltaugenblick
dem am Bimetall befindlichen Kontakt folgt.
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Die Erfindung betrifft einen Bimetall-Schnappschalter, insbesondere
Anlaßrelais für Einphasen-Induktionsmotoren, dessen Bimetallstreifen als Kontaktträger
mit einem federnd ausgebildeten Gegenkontakt träger zusammenwirkt und durch überwinden
einer Rastkraft in die entgegengesetzte Lage umschnappbar ist. Die erwähnten Mängel
werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß ein ortsfest gelagertes Schwenkteil,
das mit einer Nase abwechselnd an einer der Flanken einer wellenartigen Verformung
des Gegenkontaktträgers verrastet ist, den in eine Ausnehmung des Schwenkteils eingreifenden
Bimetallstreifen temperaturabhängig nach überwinden der Federkraft des Gegenkontaktträgers
in die jeweils andere Schaltstellung umschnappen läßt. Das Schwenkteil, das mit
seinem freien Ende auf den Gegenkontaktregler einwirkt, wird durch den in eine Ausnehmung
eingreifenden Bimetallstreifen gesteuert.
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Der erfindungsgemäße Schalter ist besonders vorteilhaft, weil er durch
die wellenartige Verformung des Gegenkontaktträgers im Augenblick der Kontaktöffnung
großen Abrißkräften unterworfen ist. Die Abschaltung geht dadurch verhältnismäßig
schnell vor sich, so daß Verschweißungen der Kontakte nicht zu befürchten sind.
Die Nase des Schwenkteiles
geht nämlich bei Kontaktöffnung über
den oberen Punkt der wellenartigen Verformung des Gegenkontaktträgers, so daß im
Augenblick des öffnens nicht nur der Kontakt am Bimetallstreifen von dem Gegenkontakt
wegfedert, sondern auch der Gegenkontakt sich aus seiner Normallage vom Bimetallkontakt
wegbewegt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die Nase des Schwenkteils
ein Rückfedern des Gegenkontaktträgers über einen bestimmten Winkel hinaus verhindert
wird, so daß Kontaktprellungen vermieden werden.
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An Hand der Zeichnung sei die Erfindung an einem in zwei verschiedenen
Schaltstellungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Der Schalter nach der Erfindung besteht aus einem einseitig fest eingespannten
Bimetallstreifen 1, der an seinem freien Ende auf beiden Seiten Kontakte
2
und 3 trägt. Auf dem Bimetallstreifen ist auf einer Isolierzwischenschicht
5 eine Heizwicklung 4 angeordnet, die mit dem einen Ende 4 a an dem Bimetallstreifen
angelötet ist und mit dem anderen Ende 4 b mit einer Anschlußklemme
6 in Verbindung steht. Das eingespannte Ende des Bimetallstreifens 1 ist
an eine Anschlußklemme 10 angeschlossen. Parallel zu dem Bimetallstreifen
1 ist ein U-förmig gebogener Gegenkontaktträger 7 angeordnet, der ungleichschenklig
ausgebildet ist und an dem freien Ende des langen Schenkels eingespannt ist. Der
Gegenkontaktträger ist federnd ausgebildet und weist an dem freien Ende des kurzen
Schenkels einen Gegenkontakt 8 auf, der mit dem Kontakt 2 des Bimetallstreifens
zusammenwirkt. Das eingespannte Ende des Gegenkontaktträgers steht mit einer Anschlußklemme
9 in Verbindung. Der Gegenkontaktträger besitzt in der Mitte seines kurzen
Schenkels eine wellenförmige Verformung 11, auf die ein um eine ortsfeste
Achse 13 schwenkbares Schwenkteil 12 einwirkt. Das Schwenkteil 12 besitzt an seinem
dem Gegenkontaktträger zugekehrten Ende eine Nase 12 a, die in Ruhelage des
Bimetallstreifens (siehe F i g. 1) vom Steg des Gegenkontaktträgers in Kontaktrichtung
gesehen auf halber Höhe des ansteigenden Teiles der wellenförmigen Verformung anliegt.
Das Schwenkteil 12 besitzt noch eine Ausnehmung 12 b, in die das freie Ende des
Bimetallstreifens 1 eingreift. ZurJustierung der Vorspannung des Gegenkontaktträgers
ist eine Justierschraube 14 vorgesehen, die in der Nähe der U-förmigen Abbiegung
an dem Gegenkontaktträger angreift. Der Schwenkweg des Schwenkteiles 12 wird durch
eine Justierschraube 15 begrenzt. Parallel zum Bimetallstreifen 1 ist noch
ein federnder Metallstreifen 16 angeordnet, der an einem Ende in Höhe der
Einspannstelle des Bimetallstreifens befestigt ist und an seinem freien Ende einen
Kontakt 17 trägt. Der Metallstreifen 16 steht ebenfalls mit der Anschlußklemme
6 in Verbindung.
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In der in F i g. 1 dargestellten Lage befindet sich der Schalter
in seiner Ruhestellung, d. h. der Bimetallstreifen ist gestreckt und der Kontakt
2 steht mit dem Gegenkontakt 8 in Verbindung. Der Kontaktdruck wird
durch den Gegenkontaktträger erzeugt. Wird an die Anschlußklemmen 6 und
10 Spannung gelegt, so wird über den Bimetallstreifen 1 und die Heizwicklung
4 ein Stromkreis geschlossen. Durch die Heizung 4 wird der Bimetallstreifen
erwärmt. Er beginnt sich zu krümmen und erhöht dadurch zunächst den Kontaktdruck
an den Kontakten 2, 8, da er durch die Nase 12 c des Schwenkteiles
12 an der freien Aus-Lenkung gehindert ist. Der Bimetallstreifen versucht
das Schwenkteil zu schwenken, jedoch wirkt die an dem schrägen Teil der wellenförmigen
Verformung 11 anliegende Nase 12 a hemmend, so daß der Bimetallstreifen
eine gewisse Spannung erhält. Bei weiterer Erwärmung überwiegt dann die durch die
Auslenkung des Bimetallstreifens aufgebrachte Kraft gegenüber der Hemmwirkung, so
daß die Nase 12a über die Verformung hinweggleitet, d. h. der Gegenkontaktträger
nach unten gedrückt wird. Durch die im Bimetallstreifen gespeicherte Spannung wird
die Nase also ruckartig über die Totpunktlage hinweggezogen, wodurch gleichzeitig
eine schlagartige Öffnung der Kontakte 2, 8 eintritt. Der Schalter geht dann in
die in F i g. 2 dargestellte Stellung über, in der die Kontakte 3 und 17 geschlossen
sind. In dieser Schaltstellung ist die Heizung 4 überbrückt, so daß sich
der Bimetallstreifen allmählich wieder abkühlt und schleichend die Kontakte
3, 17 trennt. Es tritt dann sofort eine Wiederbeheizung des Bimetallstreifens
ein, der sich dementsprechend auch zum Kontakt 17 hin krümmt und sich mit
seinem Kontakt 3 abermals an diesen anlegt. Der Bimetallstreifen pendelt also in
der ausgelenkten Stellung nur geringfügig. Die Ausnehmung 12b in dem Schwenkteil
12 ist so gehalten, daß die Pendelbewegung des Bimetallstreifens in der Kurzschließstellung
für die Heizwicklung nicht behindert ist. Nach Abschaltung der Beheizung kehrt der
Bimetallstreifen allmählich in seine gestreckte Lage zurück, wobei er die untere
Kante der Ausnehmung 12 b des Schwenkteiles 12 erfaßt und dieses im
Gegenuhrzeigersinn verschwenkt. Die vom Kontakt aus gesehen auf einer ansteigenden
Stelle der Verformung 11 aufliegenden Nase 12a wird zunächst wieder gebremst, so
daß der Bimetallstreifen 1 wieder eine gewisse Spannung speichern muß. Bei
der weiteren Abkühlung wird schließlich die Nase 12a kräftiger gegen die
Verformung 11 gedrückt, so daß die Gegenkontaktfeder ausweicht und den Kontakt
8 noch weiter in Kontaktöffnungsrichtung mitnimmt. Nach überschreiten des
Totpunktes auf der höchsten Stelle der Verformung geht dann das Schwenkteil
12 ruckartig in die in F i g. 1 dargestellte Lage über, wobei auch die Kontakte
2, 8 schlagartig geschlossen werden.
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Der Schalter eignet sich besonders gut als Anlaßrelais für Einphasen-Induktionsmotoren.
Dabei ist an die Anschlußklemme 9 die Hilfsphase angeschlossen, während die
Klemme 6 mit der Hauptphase in Verbindung steht. Die Netzspannung liegt dann
einerseits an der Klemme 10 und andererseits an dem Verbindungspunkt der
anderen Enden von Haupt-und Hilfsphase. Der Kontakt 2, 8 bildet den Hilfsphasenkontakt,
der kurze Zeit nach Einschalten der Spannung geöffnet wird.