DE1513242A1 - UEberstrom-Schutzvorrichtung - Google Patents

Description

Abschrift
81-10.877P-Df-r (6)

Patentanwälte

Dipl.-Ing.R. Beetz u.

D.ipl.-Ing. Lamprecht

München 22, Steinsdorfstr. 10

Überstrom-Schutzvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Überstromschutz-Schnappschalter mit einem Unterbrecherkontaktpaar, dessen beweglicher Kontakt von einem zwischen zwei Endlagen beweglichen, federnden Kontaktstreifen getragen wird, der in Richtung auf eine erste Endlage vorgespannt ist und durch die von einem elektrischen Widerstandselement im kalten Zustand ausgeübte Spannung entgegen A der Vorspannung in d?r zweiten Endlage gehalten wird, in der der bewegliche Kontakt den festen Gegenkontakt berührt, während der Kontaktstreifen bei einer bestimmten Erwärmung des Widerstandselementes in die erste Endlage umschnappt und hierdurch die Kontaktverbindung zwischen dem beweglichen Kontakt und dem Gegenkontakt unterbricht.

Ein Schalter dieser Art ist in der US-Patentschrift 2 133 309 beschrieben« Bei diesem bekannten Schnappschalter ist der federnde Kontaktstreifen in Richtung auf eine erste Endlage vorgespannt und wird durch das elektrische Widerstandselement im kalten Zustand in der anderen Endlage gehalten. Bei Erhitzung des Widerstandselementes und der dadurch gegebenen Verringerung der vom Wider- % Standselement ausgeübten Zugspannung geht der Kontaktstreifen unter der Wirkung seiner Vorspannung in.die erste Endlage. Kühlt das Widerstandselement ab, so wird der Kontaktstreifen wieder in die zweite Endlage lurüokgeführt und der Stromkreis wieder geschlossen· .

Eine derartige Arbeitsweise ist Jedoch in vielen Fällen unzweckmäßig. Beim Auftreten eines ^eratromes ist es im allgemeinen erwünschter, daß der Schnappschalter lediglich den Stromkreis unterbricht, ihn jedoch nicht erneut nach Abkühlung des Widerstands- j

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elementes wieder einschaltet. Die Einschaltung soll vielmehr meist von Hand (etwa nach einer vorhergehenden Überprüfung des Stromkreises) erfolgen.

Ausgehend von diesem bekannten Stande der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schnappschalter anzuT geben, der nach seinem Ansprechen und öffnen nur von Hand wieder geschlossen werden kann.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Schnappschalter der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einspannung des Kontaktstreifens und der Angriffspunkt des Wider-Standselementes derart gewählt sind, daß die bei der Abkühlung ™ des erhitzen Widerstandselementes in der ersten Endlage auftretende Zugspannung im gleichen Sinne wie die Vorspannung des Kontaktstreifens wirkt.

Beim Anmeldungsgegenstand wirkt also die Zugspannung, die das sich abkühlende Widerstandselement auf den Kontaktstreifen ausübt, im Sinne einer Aufrechterhaltung der vorhandenen Stellung des Kontaktstreifens, so daß auch nach einer Abkühlung des erhitzten Widerstandselementes der Stromkreis weiterhin unterbrochen bleibt.

Diese und weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der fol- ^ genden Beschreibung zweier in der Zeichnung veranschaulichter AusführungsbeispJeLe hervor. Es zeigen:

Fig· 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Schalter in der Schliefllage der Kontakte]

Fig. 2 einen'Schnitt entsprechend Fig. 1, Jedoch in der öffnungsstellung der Kontakte;

Fig. 3 eine Aufsicht auf den in dem erfindungsgemäßen Schalter benutzten beweglichen Kontaktstreifen;

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FIg. 4 eine Aufsicht auf einen anderen beweglichen Kontaktstreifen"äer Ausführung gemäß Fig. tj

Flg. 5 einen Teilsehnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung (in der Sehließlage der Kontakte)j

Fig. 6 einen Schnitt Umlieft Fig. 5 (in der Öffnungsstellung der Kontakte);

Flg. 7 eine Aufsicht auf den Sehalter gemäß Flg. 5 (mit abgenommener Schuteabdeckung).

Bas in den FIg. 1 bis 4 •veranschaulichte erste Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält eine aus elektrischem Isoliermaterial, beispielsweise Bakelit, bestehende Grundplatte 1. Das eine Ende eines Widerstandsdrahtes 2 ist etwa in der Mitte des Yerbindungs-Steges eines U-formigen, beweglichen Kontaktstreifens 4 aus elektrisch leitendem, federndem Material C"*gl· Fig· 3) angesehweißt in sonstiger Weise befestigt.

Ein beweglicher Kontakt S^ ist am Yerbindungssteg des bewegliehen Eontaktstreifens 4 an einer Stelle nahe dem Befestigungsende des Widerstandsdrahtes 2 angebracht«. Ber federnd bewegliche Kontaktstreifen 4 ist so vorgespannt, daß er normalerweise die in Fig. 2 g mit voll ausgezoigenen Linien Y*ransß!tauliehte, nach unten gebogene Form einniaast. Am Ende Jedes Schenkels des Ü-fönnigen Kontaktetreifens 4 ist ein Iioch 4* Torgesehea, so äaß der bewegliche Ke»taktstreifen 4 durch ffiete 7 unter Zwlschenfüguitg eines Isolierblokkes 6 aus elektrisch isolierendem Material an der Grundplatte 1 befestigt werden kann. Ein feststehender Kontakt Sg ist mit einem abgebogenen Ansäte an der Grundplatte 1 feetgenietetj sein runteres Ende steht nach unten über die Grundplatte 1 Tor und bildet eine Anschluß f abate

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Ein U-förmig ausgebildeter, beweglicher Steifen 5 aus federndem Metall, der schmaler als der bewegliche Kontaktstreifen 4 ausgebildet ist, weist an seinen Enden gleichfalls Löcher 5¹ auf, so daß er - über dem Kontaktstreifen 4 liegend - am Isolierblock 6 mittels der Niete 7 befestigt werden kann.

Das freie Ende des beweglichen Streifens 5 weist vom Kontaktstreifen 4 einen gewissen Abstand auf und trägt zwei Betätigungsenden 8. Das andere Ende des Widerstandsdrahtes 2 ist am Isolierblock 6 festgelegt und nach unten zur Verbindung mit einer Anschlußfahne 1. geführt. Eine Schutzhaube 9 umschließt die erwähnten Elemente. Ein Rückstelldruckknopf 3, der unter der Wirkung einer Druckfeder 10 steht, greift durch den mittleren Teil der oberen Seite der Schutzhaube 9 hindurch.

Bei dem erfindungsgemäßen Schalter steht der Widerstandsdraht 2 unter Spannung, so daß der U-förmig geformte, federnde Kontaktstreifen 4 in eine seiner normalen Vorspannung entgegengesetzte Richtung gebogen ist, so daß ein hinreichender Kontaktdruck zwischen dem feststehenden Kontakt 2 und dem beweglichen Kontakt S^ im normalen Betriebszustand gewährleistet ist (vgl. Fig. 1).

Tritt nun ein Überstrom auf, während der elektrische'Stromkreis, bestehend aus der Anschlußfahne L^, dem Widerstandedraht 2, dem Kontakt S₁, dem Kontakt S₂ und der Anschlußfahne L₂ geschlossen ist, so hat die zunehmende Erwärmung des Widerstandedrahtes 2 eine Ausdehnung dieses Drahte« eur Folge. Erreicht der Widerstandsdraht 2 eine bestimmte längtι ·ο wird der federnde Kontaktstrelfen 4 durch*lne Totpunktlag· ge4rttckt und echnappt schlagartig in seine normale, nach unten vorgespannte Lage um, in der die Verbindung zwischen den Kontakten S^ und Sg unterbrochen ist (vgl. Fig. 2). Dieser Arbeitepunkt, la dem bei einest Überstrom der UmschaltTorgang auftritt, läflt eioh durch Einstellung der Spannung des Widerstandedrahtee 2 auf den gewünsohten Wert bringen.

Zur Rückstellung des Schalters in seine Lage feaüU Fig. 1 muß lediglich der Druckknopf 3 gedrückt werden, ao daß der federnde

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Streifen 5 auf den Kontaktstreifen 4 drückt. Bei diesem Niederdrücken kommen die Enden 8 des Streifens 5 in Eingriff mit den nach oben gebogenen Schenkeln des KontaktStreifens 4 und drücken diese nach unten, so daß der Kontaktstreifen 4 wieder durch seine' Totpunktlage gedrückt wird und schlagartig in die in Fig. 2 strichpunktierte veranschaulichte Lage umschnappt. Wird der Druckknopf 3 dann freigegeben und durch die gespannte Feder 10 angehoben, so kehren die federnden Streifen 4 und 5 durch ihre eigene Federkraft in ihre ursprüngliche Lage zurück, so daß der Kontakt S^ erneut am Kontakt 2 anliegt. In dem Augenblick, in dem der !Druckknopf 3 zur Rückstellung des Schalters niedergedrückt wird, wird der Kontaktstreifen 4 zwar aus der in Fig. 2 voll ausgezogenen Lage in die strichpunktierte Lage gebracht; der bewegliche Kon- m takt S^ ist hierbei jedoch noch nicht in Berührung mit dem Kontakt S2, sondern nähert sich diesem erst dann, wenn der Druckknopf 3 losgelassen wird und sich nach oben bewegt. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht nun darin, daß der beschriebene, durch einen Überstrom hervorgerufene Stromunterbrechungsvorgang auch in diesem Zeitraum (während der Aufwärtsbewegung des Druckknopfas 3) erfolgen kann. Der erfindungsgemäße Schalter enthält daher eine Freiauslösung, die eine freie Rückstellung selbst bei einem weiter unter Spannung stehenden Stromkreis ermöglicht.

Das in den Fig. 5 bis 7 veranschaulichte weitere Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält eine Grundplatte 101 aus elektrischem | Isolierstoff, wie Bakelit. Ein beweglicher Kontaktstreifen 103 aus elektrisch leitendem, federndem Material ist so vorgespannt, daß er sich normalerweise in der aus Fig. 6 ersichtlichen Weise nach oben wölbt. Er trägt einen Kontakt S₁, der etwa in der Mitte des Streifens 103 befestigt ist. Ein Streifen 104, der einen etwa U-förmigen Querschnitt aufweist und aus federndem Metall besteht, trägt in der Nähe «eines einen Endes einen Kontakt S₂1 der dem Kontakt S₁ gegenüberliegt. Das andere Ende dieses Streifens 104 ist mit einer Anschlußfahne I₂ durch einen Hiet an der Grundplatte. 101 befestigt. Der bewegliche Kontaktstreifen 103 ist an ein-

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ander· gegenüberliegenden Enden in entsprechenden Löchern aufgenommen, die im Bereich der Enden von etwa V-förmigen Aufnahmeteilen "112 und 113 aus federndem Metall vorgesehen sind, die an ihrem unteren Ende über Niete an der Grundplatte 101 befestigt sind. Die Aufnahmeteile 112 und 113 werden normalerweise durch ihre eigene Federkraft nach außen gedrückt. Der Aufnahmeteil ist stärker bzw. vongeringera?Flexibilität als der Aufnahmeteil 113.

Ein Widerstandselement 102 in Form eines Drahtes oder Bandes ist an seinem einen Ende an einen mittleren Teil 110 des Aufnahmeteiles 113 angeschweißt oder in sonstiger Weise befestigt, während das andere Ende des Widerstandselementes 103 an einen Ansatz einer in der Grundplatte 101 befestigten Anschlußfahne L₁ ange-φ schweißt oder auf sonstige Weise befestigt 1st. Ein Rückstelldruckknopf 106, der unter der Wirkung einer Druckfeder 107 steht, ist auf einer Schutzhaube 105 befestigt; sein unterer Ansatz greift durch die Oberseite der Haube 105 hindurch and in Loch ein, das im federnden Kontaktstrelfen 103 vorgesehen ist. Ein Anschlag 115 sichert den Druckknopf 106 gegen ein Herausfallen aus der Schutzhaube 105·

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Widerstandselement 102 so vorgespannt, daß der federnde Kontaktstreifen 103, der normalerweise - wie in Fig. 6 veranschaulicht - nach oben gebogen ist, im entgegengesetzten Sinne gewölbt ist, so daß der bewegliche Kontakt S₁ unter Druck auf dem feststehenden Kontakt S« P aufliegt (vgl. Fig. 5). In diesem Schaltzustand kann Strom von der Anschlußklemme L₁ über den Ansatz 111, das Widerstandselement 102, den Teil 110, den Aufnahmeteil 113, den federnden Kontaktstreifen 103» den Kontakt S₁, den Kontakt S₂ und den federnden Streifen 104 zur anderen Anschlußfahne Lp fließen.

Tritt nun ein Überstrom auf, so bewirkt die im Widerstandselement 102 entwickelte Wärme eine Ausdehnung dieses Widerstandselementes. Bei einer bestimmten Länge des Widerstandselementes 102 wird der federnde Kontaktstreifen 103 durch.seine Totpunktlage gedrückt

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und springt schlagartig in seine nach oben vorgespannte Normallage zurück, in der die Eontakte S₁ und S₂ voneinander abgehoben sind (vgl. Pig. 6). Der erwähnte Arbeitspunkt, bei dem durch einen Überstrom der Umsehaltvorgang eintritt, läßt sich durch Einstellen der Spannung des Widerstandselementes 102 auf den gewünschten Wert bringen, wobei der flexiblere Aufnahmeteil 113 beispielsweise eine Auslenkung nach rechts erfährt.

Um den Schalter in seinem normalen Betriebszustand (Fig. 5) zurückzustellen, braucht lediglich der Druckknopf 106 nach unten gedruckt zu werden, so daß der den Kontakt S„ tragende federnde Streifen 104 durch den unteren Ansatz 109 des Druckknopfes 106 nach unten gedrückt wird. Dann gelangt ein am Druckknopf 106 vor- A gesehener Ansatz 108 in Eingriff mit der Kante des Loches 114 und drückt den federnden Kontaktstreifen 103 über seine Totpunktlage nach unten, so daß dieser Kontaktstreifen 103 schlagartig in seine nach unten durchgebogene Lage geht. Wird anschließend der Druckknopf 106 freigegeben, so bewegt er sich unter der Wirkung der gespannten Druckfeder 107 nach oben, so daß der federnde Streifen 104, der nach unten gedrückt war, in seine ursprüngliche Lage zurückkehrt und die Kontakte S.. und S« damit die Stellung gemäß Fig. 5 einnehmen, in der sie mit dem erforderlichen Kontaktdruck aneinander anliegen.

Der erfindungsgemäße Schalter besitzt gegenüber bekannten Ausführungen den Vorteil, daß er ohne Schwierigkeit selbst große | Ströme, wie sie bei Kurzschlüssen auftreten, unterbrechen kann, da für die Abschaltung eine geringere Zeit erforderlich ist, nachdem das Widerstandselement schneller als bei einem Bimetallelement erwärmt werden kann.

Trifft man ferner die Anordnung so, daß der Stromfluß durch den federnden Kontaktstreifen 103 der Stromrichtung durch den federnden Streifen 104 entgegengerichtet i«t» %rle dies die Pfeile in Fig. 5 veranschaulichten, *o bewirkt die durch den Strom erzeugte elektromagnetische Abstoßungskraft eine Schnappwirkung, was die ■

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Verwendung des Schalters in Kreisen mit hohen KurzSchlußströmen ermöglicht. Bei dem erfindungsgemäßen Schalter, der eine Freiauslösung aufweist, kommt der feststehende Kontakt Sp mit dem beweglichen Kontakt S^ während des Rückstellvorganges nicht eher in Berührung, als bis die auf den Druckknopf 106 ausgeübte Kraft vollständig aufgehoben ist, obwohl der federnde Kontaktstreifen 103 durch den Druckknopf 106 bereits nach unten durchgebogen ist. Stehen anschließend (nach völliger Freigabe des Druckknopfes 106) die beiden Kontakte in stromleitender Berührung miteinander, so ist der Schalter bereits für eine neue Unterbrechung bereits» was insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn die Rückstellung erfolgt, obgleich im Stromkreis noch ein Kurzschluß besteht.

Der erfindungsgemäße Überstromschutz-Schnappschalter wird ύοώ. der Umgebungstemperatur wesentlich weniger als bekannte Ausführungen beeinflußt, da das Widerstandselement direkt beheizt wird und sich hierbei eine erhebliche Temperaturdifferenz zwischen dem Widerstandselement und der Umgebung ergibt. Ein durch einen Draht mit kleinem Querschnitt gebildetes Wideretandselement gibt ferner seine Wärme rasch wieder ab und kühlt demgemäß schnell ab, so daß im Vergleich zu bekannten Ausführungen mit Bimetallelementen, die eine beträchtliche Abkühlzeit aufweisen, ein unverzüglicher Rückstellvorgang möglich ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Schalter wird somit die thermische Aubdehnung eines durch einen erhitzten Draht gebildeten Widerstandselementes durch Joule'sehe Wärme aufgenutzt, wobei ein zunächst durch das Widerstandselement in einem ersten gebogenen Zustand gehaltener Metallstreifen durch die leichte Ausdehnung des Widerstandselementes in den entgegengesetzt gebogenen Zustand (durch eine Totpunktlage hindurch) geführt wird. Diese Anordnung gewährleistet eine sehr hohe Empfindlichkeit, Es genügt ferner ein Widerstandsdraht von kleiner Länge, so da§ demgemäß bereite eine kleine Wärmemenge den Schalter eum Ansprechen bringen kann, Der erfindungsgemäße Schuteschalter eeichnet tieh daher durch einen geringen Kraftbedarf, einen einfaohen Aufbau und niedrige Herstellungskosten aus.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   .1.' Überstromschutz-Schnappschalter mit einem Unterbrecherkontaktpaar, dessen beweglicher Kontakt von einem zwischen zwei End-' lagen beweglichen, federnden Kontaktstreifen getragen wird, der in Richtung auf eine erste Endlage vorgespannt ist und durch die von einem elektrischen Widerstandselement im kalten Zustand ausgeübte Spannung entgegen der Vorspannung in der zweiten Endlage gehalten wird, in der der bewegliche Kontakt den festen Gegenkontakt berührt, während der Kontaktstreifen bei einer bestimmten Erwärmung des Widerstandselementes in die erste Endlage umschnappt und hierdurch die Kontaktverbindung zwischen dem beweglichen Kontakt und dem Gegenkontakt unter- ^ bricht, dadurch gekenneeichnet, daß die Einspannung des KontaktStreifens (4, 103) und der Angriffspunkt des Widerstandselementes (2, 102) derart gewählt sind, daß die bei der Abkühlung des erhitzten Widerstandselementes in der ersten Endlage auftretende Zugspannung im gleichen Sinne wie die Vorspannung des Kontaktstreifens wirkt.
2. 2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontakt (S..) am freien Ende des aus elektrisch leitendem federndem Material bestehenden Kontaktstreifens (4) angeordnet ist und daß das Widerstandselement (2) an diesem freien Ende des KontaktStreifens (4) angreift.
3. 3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus elektrisch leitendem federndem Material bestehende Kontaktstreifen (103) in seinem mittleren" Bereiph den beweglichen Kontakt (S^) trägt, an seinen beiden Enden in Aufnahmeteilen (112, 113) gehalten ist, daß ferner das Widerstandselement (102) an einem dieser beiden Aufnahmeteile (112, 113) angreift und daß der feststehende Kontakt (S₂) etwa im Bereich des freien Endes eines im wesentlichen mit U-förmigem Querschnitt ausgebildeten, federnden Streifens (104) aus elektrisch leitendem Material angeordnet ist.

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4. 4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückstelleinrichtung (z.B. 3) vorgesehen ist, durch die der bewegliche Kontakt (S^) nach einer Stromunterbrechung wieder in Richtung auf den feststehenden Kontakt (Sp) bewegbar ist.

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