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Die Erfindung bezieht sich auf einen thermischen Schnappschalter zum
Schutz eines Verbrauchers mit einer birnetallgesteuerten Kontaktanordnung und einem
überwiegend indirekt beheizten Bimetallstreifen, der in einem nahezu allseitig geschlossenen
Metallkäfig angeordnet ist und mit dem Metallkäfig in gut wärmeleitender Verbindung
steht.
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Zum Schutz von Kühlschrankmotoren werden im allgemeinen indirekt beheizte
Bimetallschalter verwendet, die bei einer bestimmten Temperatur den Motorstromkreis
unterbrechen und ihn nach Abküh-
lung automatisch wieder schließen. Damit
der Kühl-
betrieb auch dann weiter aufrechterhalten wird, wenn der überlasischutzschalter
bei einer zufällig einmal auftretenden überlast ausschaltet, müssen Mittel vorgesehen
sein, damit der Schalter automatisch wieder einschalten kann. Der überlastschutzschalter
soll aber so ausgebildet sein, daß bei einer dauernden Störung am Motor durch das
taktmäßige Wiedereinschalten keine Zerstörung der Motorwicklung auftreten kann.
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Die Erwärmung der Motorwicklung hängt von der Taktzeit des überlastschutzschalters
ab. Hierbei ist insbesondere die Rückfallzeit des Bimetalls maßgebend, da hierdurch
der Temperaturanstieg in der Motorwicklung bestimmt wird. Bei blockiertem Motor
steigt die Temperatur in der Motorwicklung bis zum Abschalten des überlastschutzschalters
zunächst sehr schnell an (Kurzschlußfall). Der weitere Anstieg der Wicklungstemperatur
hängt dann von der Rückfallzeit des überlastschutzschalters ab. Kehrt der Schalter
rasch wieder in seine Schließstellung zurück so ist der weitere Anstieg der Wicklungstemperatur
steiler als bei längerer Rückfallzeit. Bei betriebswarmem Motor ist auch eine relativ
kurze Rückfallzeit schon lang genug, da die vom Motorgehäuse auf das Bimetall abgegebene
Wärme ein zu frühes Schließen des Schalterkontaktes verhindert. Die Verhältnisse
liegen jedoch anders, wenn der Motor im kalten Zustand einem überstrom ausgesetzt
wird. Es besteht dann die Gefahr, daß die Motorwicklung sich über die zulässige
Temperatur erwärmt, da das Bimetall nach Auslösung verhältnismäßig schnell wieder
in die Kontaktschließstellung zurückkehrt. Einer der Gründe hierfür ist, daß das
Motorgehäuse noch keine Wärme aufgenommen hat und deshalb keine verzögernde Wirkung
auf die Rückfallgeschwindigkeit des Bimetalls ausüben kann. Soll auch hierfür eine
Beschädigung der Motorwicklung verhindert werden, so muß der überlastschutzschalter
auf eine verhältnismäßig niedrige Ansprechtemperatur eingestellt werden. Das bedeutet
aber, daß für den Anlauf des Motors nur eine sehr kurze Zeit zur Verfügung steht.
Bei dieser Einstellung wird der Motor schon bei leichten Blockierungen, die bei
längerer Anlaufzeit eventuell noch überwunden werden könnten, außer Betrieb gesetzt.
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Durch die französische Patentschrift 1252 490 ist für Elektromotore
eine Schutzeinrichtung bekanntgeworden, bei der in einem Metallgehäuse ein Bimetall
angeordnet ist, das auf einen Kontakt einwirkt. Hierbei ist das Metallgehäuse von
einer Isolierschicht umgeben, auf der eine Heizwicklung vorgesehen ist. Diese Schutzeinrichtung
kann bei einer Blockierung des zu schützenden Motors jedoch nicht schnell genug
ansprechen, weil ihr Bimetall nicht schnell genug von der in der Motorwicklung oder
in der Heizwicklung erzeugten Wärme erreicht wird. Für .den Fall, in dem diese Anordnung
trotzdem zum Schutz von Elektromotoren verwendet wird, muß die Schutzeinrichtung
auf eine sehr niedrige Ansprechtemperatur eingestellt werden, so daß die oben geschilderten
Nachteile gerade auch hier eintreten.
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Durch die belgische Patentschrift 522 232 ist ein Miniaturthermostat
bekanntgeworden, der direkt in Motorwicklungen untergebracht werden kann. In diesem
Thermostat ist keine Heizung vorgesehen, so daß er nur auf eine von außen bewirkte
Erwärmung ansprechen kann. Da diese Erwärmung durch die Motorwicklung vorgenommen
werden soll und eine ausreichend schnelle Erwärmung des Thermostaten nur bei einem
erheblichen Temperaturgefälle zwischen der Motorwicklung und dem Thermostaten möglich
ist, besitzt der letztere ebenfalls die obengenannten Nachteile.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Schutz von elektrischen
Verbrauchern einen thermischen Schnappschalter zu schaffen, der einerseits im Kurzschlußfall
sehr schnell anspricht, anderseits jedoch bei geringen überlastungen des Verbrauchers
erst dann auslöst, wenn der Verbraucher durch unzulässige Erwärmung tatsächlich
gefährdet ist und der außerdem die nach einem Auslösen erfolgenden Wiedereinschaltversuehe
so steuert, daß diese zu keiner unzulässigen Erwärmung des Verbrauchers führen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Schnappschalter der eingangs
genannten Art dadurch gelöst; daß ein auch die Heizung einschließender Metallkäfig
aus einem U-förmigen, eine zur Beheizung eines Bimetallstreifens dienende Heizwicklung
tragenden Grundelement und einer an den Schenkeln des Grundelementes angebrachten,
den Bimetallstreifen haltenden Metallplatte besteht und daß die Heizwicklung etwa
in einer Ebene parallel zum Bimetallstreifen angeordnet ist.
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Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung dieser Anordnung ist vorgesehen,
daß der Metallkäfig Befestigungsmittel für seine Wärmekapazität verändernde Zusatzmetallmassen
aufweist.
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An Hand der Zeichnung sei die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert: Der in einem von einer Trägerplatte 1 und einer Abdeckhaube 2 gebildeten
Isolierstoffgehäuse untergebrachte Schalter besteht aus einem Bimetallstreifen 3,
der so mit in Längsrichtung verlaufenden Einknickungen versehen ist, daß er eine
gewölbte Form und dadurch eine hohe mechanische Spannung aufweist. Infolge seiner
Vorspannung ist er in der Lage, zwei stabile Schaltstellungen einzunehmen. Der Bimetallstreifen
3 ist an dem einen Ende an einer Metallplatte 4 angebracht und steht an der Befestigungsstelle
mit der Metallplatte 4 in gut wärmeleitender Verbindung.
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Die Metallplatte 4 wird von den Schenkeln 5 eines U-förmig ausgebildeten
Grundelementes 6 getragen und bildet zusammen mit dem Grundelement 6 einen Metallkäfig.
Die Schenkel 5 des Grundelements 6 liegen in der Zeichnung hintereinander, so daß
nur der vordere zu sehen. ist. Das Stegteil 7 des Grundelements 6 liegt auf der
Trägerplatte 1 auf. Eine die Metallplatte 4 mit dem Grundelement 6 verbindende Schraube
8 dient zur Halterung der Metallplatte 4 und des Grundelementes 6 an der Trägerplatte
1 und zur Justierung der Ansprechwerte. Der vom Grundelement 6 zusammen mit der
Metallplatte 4 gebildete
Käfig umschließt den Bimetallstreifen 3
von vier Seiten. Zur Erwärmung des Bimetallstreifens 3 ist eine Heizwicklung 9 vorgesehen,
die einerseits an dem Stegteil 7 angeschweißt ist und andererseits mit einer Anschlußklemme
10 in Verbindung steht. Die Heizwicklung 9 ist sonst gegenüber dem Stegteil 7 des
Grundelementes 6 isoliert. Sie erstreckt sich etwa über die ganze Breite des Stegteiles
7 und liegt somit in einer etwa parallel zum Bimetallstreifen 3 verlaufenden Ebene.
An seinem freien Ende ist der Bimetallstreifen mit einem Kontaktstück 11 versehen,
das mit einem ortsfesten, gleichzeitig mit einer Anschlußklemme 12 in Verbindung
stehenden Kontaktstück 13 zusammenwirkt. In der Metallplatte 4 ist in Höhe des Kontaktstückes
11 des Bimetallstreifens 3 noch eine Justierschraube 14 vorgesehen, die so eingestellt
ist, daß der Bimetallstreifen 3, wenn er bei Erwärmung in die andere Schaltstellung
umschnappen will, aufgehalten wird. Die Justierschraube 14
blockert den Bimetallstreifen
3 in erwärmtem Zustand. Bei seiner Abkühlung springt er wieder in die dargestellte
Schaltstellung zurück. Die Stellung der Justierschraube 14 ist ein Maß für
die Temperatur, bei der der Rückfall des Bimetallstreifens 3 erfolgt.
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Die Heizwicklung 9 des dargestellten Schalters liegt im Stromkreis
eines Verbrauchers, beispielsweise im Stromkreis eines Kühlschrankmotors, und beheizt
den Bimetallstreifen 3 unmittelbar durch Strahlungswärme. Zusammen mit dem Bimetallstreifen
3 wird aber auch das metallische Grundelement 6 und die Metallplatte 4 erwärmt.
Diese Teile tragen jedoch wegen ihrer großen Wärmekapazität zunächst für die Aufheizung
des Bimetallstreifens nichts bei. Der Bimetallstreifen 3 wird bei Beginn der Heizung
lediglich von der Strahlungswärme beeinflußt. Wenn der Bimetallstreifen 3 eine bestimmte
Temperatur erreicht hat, schnappt er um und legt sich mit seiner Rückseite gegen
die Justierschraube 14. Inzwischen haben dann auch das Grundelement 6 und die Metallplatte
4 genügend Wärme aufgenommen, so daß sie, wenn nach dem Umschnappen des Bimetallstreifens
3 die Kontaktstelle 11,13 geöffnet und damit die Heizwicklung 9 abgeschaltet ist,
den Bimetallstreifen 3 noch weiter erwärmen. Das Grundelement 6 und die Metallplatte
4 halten wegen ihrer großen Wärmekapazität lange ihre Wärme und verhindern,
da sie einerseits über die Befestigungsstelle mit dem Bimetallstreifen 3 in gut
wärmeleitender Verbindung stehen und andererseits den Bimetallstreifen 3 von allen
Seiten umgeben, ein schnelles Rückkippen in die Kontaktschließstellung. Durch Vergrößerung
der Masse des den Bimetallstreifen 3 umgebenden Käfigs, beispielsweise durch Aufsetzen
von weiteren Metallteilen, die mit an der Metallplatte 4 angebrachten, nicht dargestellten
Befestigungsmitteln gehalten werden können, kann die Wärmekapazität des Käfigs noch
gesteigert werden, so daß hierdurch eine Möglichkeit zur Veränderung der Rückfallzeit
gegeben ist. Mit dem erfindungsgemäßen überlastschutzschalter kann somit ein im
Taktbetrieb laufender Motor, beispielsweise ein Kühlschrankmotor, auch im kalten
Zustand besser als mit den bekannten Anordnungen geschützt werden. Die Ansprechtemperatur
des Bimetallstreifens läßt sich verhältnismäßig hoch legen, so daß dem Motor trotz
wirksamen Schutzes auch eine verhältnismäßig große Anlaufzeit zur Verfügung steht.