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Elektrische Schaltvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine manuell oder automatisch |
arbeitende elektrische Schaltvorrichtung und bezweckt die |
Unterdrückung der nacnteiligen Erscheinung der progressi- |
ven Kontaktdruckveri'iri@#,eruiig, die sich bei nerxcinimlicrien |
Scnalteru, @likroscnaiterri oder Ausschaltern in dem der |
Ülfriung der Kontakte unmittelbar vornergeheriden Augen- |
blick einstellt. |
Sei einem üalicne?i laiiircschalte:r mi-t Schneiiausl.cisung, |
rwei dem eire 1)ruckKiiopi unter Zwiscrlenschaitunc_ einer
l'ener |
eiiieri mit dein ueweglicneil Kontakt verbunderieri Schaltarm |
beweg;-, ilitunt oeiiii Verscnieberi des Schaltanns bis zuin |
Kippunkt res beweglicnen Kontakts dev von dieseis auf den |
feststenenden .Kontakt ausgeübte Druck bis zwii ivullwert vor |
dein Üfftierl ab. .bei langsamer hewegung des Schalgarnis er- |
gibt s.ich bei Annaherung an die .üu;;l;sesteliuag iiifolt_;e |
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t@a.uelE.rireT@.ti; vor-, das die au t. den bcrialtarm ausgeübte
Kraft |
speichert und in einer gegebenen Stellung des Schaltarms ruckartig
und augenblicklich freigibt und so die ruckartige Schwenkung des beweglichen Kontakts
bewirkt, nachdem der Kontaktdruck solange konstant geblieben ist, bis der Betätigungsarm
die Auslösestellung erreicht hat.
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Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung die Ersetzung des starrere Schaltarws
der jetzigen Vorrichtungen durch ein Federblatt vor, das z.B. aus Federstahl oder
Berylliumbronze gefertigt ist. Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Kippschaltervorrichtung,
deren beweglicher Kontakt der gekoppelten dirkung einerseits einer Feder, die dem
beweglichen Kontakt in seiner Geschlossenstellung den gewollten Kontaktdruck erteilt,
und andererseits eines biegsamen Schaltarms unterlieg, an denaen einem Ende die
Feder aasgelenkt ist und dessen Verformungen entgegen der Wirkung der jeder erfolgen.
Dabei erfolgt die wechselseitige Einwirkung vors Feder und biegsamem Schaltarm in
der Weise, daß der Anlenkpunkt unbeweglich bleibt, solange im `erlauf einer ersten
Phase der Verformung des biegsamen acnaltarms die Spannung der Feder vorherrschend
bleibt über die durch den biegsamen Schaltarm infolge seiner Verformung ausgeübte
Gegenkraft, so daß in dieser ersten Phase die lederspannung und somit der Kontaktdruck
konstant bleiben, während bei fortschreitender Verformung des biegsamen Schaltarms
die Spannung der :Feder aufhört, vorherrschend zu sein, und das Üffnen des Kontakts
ruckartig erfolgt. hie Feder ist eine bogenförmige Blattfeder, wie sie laufend bei
kleinen elektrischen Abschaltgeräten verwendet wird.
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her mit der Feder zusammenarbeitende biegsame ichaltarm besteht auü
einem bimetallstreifen, der sich infolge der Veränderungen seiner `1'emperatar verformt.
Diese Veränderungen können hervorgerufen werden durch der. joule-Effekt durch einen
Strom, der durch den bimetallstreifen geht, der in leihe mit den Kontakten der Vorrichtung
in den elektriscnen diromkrais eingeschaltet ist. Dabei
spielt die
Vorrichtung die Rolle einer Sicherung, die eine Schmelzsicherung oder einen üblichen
oder mit einem Schalter zusammengebauten Ausschalter vorteilhaft ersetzt. Abgewandelt
können die Temperaturänderungen des Bimetallstreifens durch die.Umgebungstemperatur
verursacht sein, der der Bimetallstreifen ausgesetzt ist. In diesem Fall erfüllt
die Vorrichtung die Funktion eines Thermostaten.
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Außer den oben angegebenen Verwendungen als Sicherung, Schalter mit
Ausschalter, Thermostat und Relais ist die Erfindung ferner in allen Fällen vorteilhaft
anwendbar, in denen es sich darum handelt, in üblichen Verbrauchereinrichtungen
das Ausschalten vorkommender elektrischer Energien zu gewährleisten.
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In der Zeichnung sind: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
Schalters, Fig. 2 eine entsprechende Darstellung einer als Thermostat arbeitenden
Abwandlung, Fig. 3 und ¢ Längsschnitte durch eine Ausführungsform einer Sicherung
in eingerückter bzw. ausgerückter Stellung, Fig. 5 und 6 entsprechende Schnitte
durch eine als Schalter mit Ausschalter verwendbare abgewandelte Ausführungsform
in eingerückter bzw. ausgerückter Stellung, Fig. 7 ein :ichnitt durch eine weitere,
als Thermostat verwendbare Ausführungsform.
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Der in ri-. 1 schematisch dargestellte Schalter ist ein 'Ä-Likroschdlter
mit einem iiebel; der um ein Ende 2 schwenkbar ist und an seinen: anderen Bnde einen
beweglichem Koi.taktkiotz 3 trägt, der an einen feststehenden Kontaktklotz e anliegend
dargestellt ist, sich von diesem aber bis "u::. Anschlag 5 ei-tf erijen kariii.
An den riebel 1 ist eine gebogene lmadelfeder 6 angelenkt, die auch auf dem Ende
7 eines um der. Funkt 9 scnwenkbaren behaltar:::s 8 aufliegt, der durch eiiieii
Druckknopf 10 entgegen der @@ir.uu@ einer -tiückstellfeder 11 betätigbar
und zwis,3:_eii 2.;,e1 sica gegenüberliegenden: Anschlägen 12 und 13 bewegbar ist.
Erfindungsgemäß
ist der Schaltarm 8 nicht starr wie bei den herköminlicnen Mikroschaltern, sondern
biegsam, d.h. geschmeidig und elastisch.
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In der Ruhe- oder Geschlogsenstellung übt der bewegliche Kontakt 3
auf den feststehenden Kontakt 4 einen Druck -2 aus, der abhängig ist von der Spannung
der Feder 6, deren Auflagepunkt 7 auf dem Arm 8 eine Kraft 2 1 auf den Anschlag
12 ausübt.
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Ein Verschieben des Druckknopfes 10 biegt den Arm 8 durch, ohne zunächst
dessen auf dem Anschlag 12 aufliegendes Ende 7 zu bewegen. Erst wenn die durch die
innere Spannung des biegsamen, Arms 8 erzeugte Kraftkomponente P2 gleich der durch
die gebogene Feder 6 auf den Anschlag 12 ausgeübten Komponente 2 1 ist, kann
der Arm 8 sich zurückbiegen und kommt so zum Anliegen an seinem anderen Anschlag
13, wobei er den Hebel 1 schwenkt, der den beweglichen Kontakt 3 aus seiner Anliegestellung
am feststehenden Kontakt 4 in die Anliegestellung am Anschlag 5 führt.
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Bis zu dem Augenblick, in dem der Arm 8 sich wieder zurückbiegt und
das Ausrücken der Einrichtung auslöst, hat sich der von dem beweglichen Kontakt
3 auf den feststehenden Kontakt 4 ausgeübte Druck P nicht verringert.
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Ebenso wie auf den oben beschriebenen Fall eines Mikroschalters ist
die Erfindung auch anwendbar auf den Fall eines Schalters, bei dem die Rückstellfeder
11 weggelassen und der Druckknopf 10 zwangsläufig an den biegsamen Arm 8 angeschlossen
ist.
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Die Erfindung ist gleichfalls anwendbar auf einen Thermostat, bei
dem die durch den Druckknopf 10 und die Feder 11 ausgeübte Kraft ersetzt wird durch
die Kraft, die durch. die Verformungen eines Bimetallstreifens 14 (Fig. 2) ausgeübt
wird, der auf den biegsamen Arm 8 drückt. Bei den vorhergehenden Beispielen ist
der biegsame Arm 8 einbetätigtes Element, dem ein äußeres Mittel (10 oder 14) die
zur Betätigung des beweglichen Kontakts 3 erforderliche Verformung aufzwingt. Erfindungsgemäß
werden jedoch der biegsame Arm und das Betätigungsmittel
zu einem
Teil zusammengefaßt, im vorliegenden Fall@zu einem Bimetallstreifen.
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Fig. 3 und 4 zeigen eine oicherung mit einem haarnadelförmigen Bimetallstreifen
15 mit einem unteren Schenkel 15a, der den beweglichen Kontaktklotz 3 trägt, und
einem etwas längeren oberen bchenkel 15b, der an das Ende der gebogenen Feder 6
angelenkt ist. Das Ende des unteren Schienkels 15a ist eingelassen in einen Isolierstoffbügel
16, der durch den oberen Schenkel 15b frei hindurchgeht. Die aus der Feder 6 und
dem Bimetallstreifen 15 bestehende bewegliche Einheit ist einerseits bei 17 am Verbindungspunkt
der Schenkel 15a und 15b des Bimetallstreifens und andererseits bei 18 am freien
Ende der Feder 6 gelenkig gelagert. Jer in einem Isolierstoffzapfen 19 angeordnete
Zchwenkpunkt 17 ist feststehend, während der in einer leitenden Lamelle 2U angeordnete
Schwenkpunkt 18 verstellbar ist durch eine Anschlagschraube 21, die durch das Isolierstoffgehäuse
22 der Vorrichtung hindurchgeht.
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Das Gehäuse 22 hat die allgemeine I orm eines üblichen aicherungshalters
und weist zwei Stecker 23 auf, zwischen denen der innere Stromkreis durch den mit
einem der otecker 23 verbundenen feststehenden Kontakt 4, den beweglichen Kontakt
3, deri iBimetallstreifen 15, die laeder 6 und die unter Zwischenschaltung eines
Hilfskontaktes 24. mit dem anderen Stecker 23 verbundene Lamelle 20 geschlossen
ist. Die den Steckern 23 gegenüberliegende Vorderseite des Gehäuses 22 weist einerseits
einen !;inrUckKnopf 25, der durch eine hückstellfeder herausstehend gehalten wird,
und andererseits eine schlitzförmige Öffnung 26 auf, hinter der das Erscheinen einen
Sichtzeichens 27 anzeigt, daß sich die Vorrichtung in ausgerückt-Stellung (Fig.
4)'befirldet, während das Verschwinden des Sichtzeichens 27 anzeigt, daß die Vorrichtung
sich in Eingerückt-Stellung befindet (Fig. 3). Das Sichtzeichen 27 kann rot gefärbt
sein und einen 'feil reit dem Gusstück 28 bilden, das um die Achse 29 schwenkbar
und durch einen eine Gabel bildenden Doppelzapfen 30 so an die Feder 6 gekoppelt
ist, dai3 es den Bewegungen der beweglichen Einheit 6 - 15 folgt.
Diese
3ewegungen sind begrenzt durch den feststehenden Kontakt 4 und durch einen am Gehäuse
22 ausgebildeten Anschlag 31. Beim Eindrücken übt der Einrückknopf 25 auf den Bimetallstreifen
15 einen Druck aus und verschiebt die bewegliche Einheit 6 - 15 aus ihrer Anschlagstellung
am Anschlag 31 (Fig. 4) in ihre Anschlagstellung auf dem feststehenden Kontakt 4
(Fig. 3), während der hilfskontakt 24 sich öffnet und solange offen bleibt, bis
der Knopf 25 losgelassen ist.
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Die oben oeschrieberie Sicherung arbeitet wie folgt: In der in .'ig.
3 dargestellten eingerückten Uormalstellung ist der bewegliche Kontakt 3 mit einem.
gewissen (zuvor mit P bezeichneten) Eruck gegen den feststehenden Kontakt 4 angedrückt
durch die leirkung der Feder 6, die bei 18 schwenkbar anliegt und auf dem Ende 7
des oberen Schenkels 15b des 3imetallstreifens aufliegt, der bei 17 schwenkbar anliegt,
wobei der Verbindungspunkt 6-15b sich unterhalb der die Schwenkpunkte 17 und 18
verbindenden Geraden befindet. Auf diese Weise ist der innere #)trolzlkx-eis geschlossen,
und der Strom geht zwiscnen den Steckern ::23 durch die Vorrichtung.
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Wenn die Stromstärke ein Übermaß erreicht, verformt sich der 33imetallstreifen
15, der sich, da in Reihe in den Kreis geschaltet, durch den Joule-Effekt erwärmt,
unter Spreizung ;einer Schenkel 15a, 15b und bewirkt das Ausrücken der Vorrichtung
(1@ig. 4). Dieser Vorgang läist sich folgendermaßen zerlegen: 1. Während eines ersten
Zeitraums im Verlauf des Verformungsvorgangs des 3imetallstreifens 15 versucht sich
das an die Feder 6 artgelenkte Ende 7 des Schenkels 15b unter Ausübung einer Gegenkraft
auf die Feder 6 zu heben. Solange die Spannung der Feder 6 überwiegt, d.h. größer
ist als die Gegenkraft des Bimetallstreifens, kann das Ende 7 sich nicht tatsächlich
heben und bleibt in Aufläge auf dem Bügel 16, so daß, wie oben auseinandergesetzt,
der Kontaktdruck 3-4 konstant bleibt.
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z. Bei fortschreitender Verformung des bimetallstreifens erreicht
und übersteigt in einem bestimmten Augenblick die von ihm ausgeübte Gegenkraft die
Spannung
der Feder 6: das Ende 7 beginnt sich zu heben, doch bleibt
der bewegliche Kontakt 3 trotzdem durch Gegendruck angedrückt gegen den feststehenden
Kontakt 4.
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3. Der Anlenkpunkt 6 - 15 überquert nun die die Schwenkpunkte 17 und
18 verbindende Gerade, und die gebogene Feder 6 entspannt sich@ruckartig und schwenkt
den Bimetallstreifen 15 um seinen Schwenkpunkt 17 bis zu seinem Anschlag 31. Bei
dieser Bewegung löst sich der bewegliche Kontakt vom feststehenden Kontakt 4, Diese
Trennung erfolgt ruckartig infolge der plötzlichen Auslösung der durch die Verformung
des Bimetallstreifens 15 gespeicherten Energie, wobei außerdem der bewegliche Kontakt
3 vom feststehenden Kontakt 4 noch weggerissen wird durch den nach oben gerichteten
Antrieb, den der obere öchenkel 15b erzeugt und der durch den Bügel 16 auf den den
beweglichen Kontakt 3 tragenden Schenkel 15a übertragen wird. Hei einem Kurzschluß
oder einer nennenswerten Erhöhung der Stromstärke laufen die drei oben beschriebenen
Phasen des Vorgangs in äußerst kurzer Zeit, in der Größenordnung von Sekundenbruchteilen,
ab. Im übrigen liegt der Anlenkpunkt 6-15 konstruktionsmäßig nur ganz knapp diesseits
der die Schwenkpunkte 17, 18 verbindenden Geraden, so daß der Anienkpunkt schon
kurz nachdem er sich gehoben hat, nach jenseits der Geraden übergeht und die Ausrückung
bewirkt. Die Vorrichtung befindet sich nun in der in Fig. 4 dargestellten Stellung,
in der der innere Stromkreis unterbrochen ist. Zu dessen Wiederherstellung muß auf
den Einrückknopf 25 gedrückt werden. Dabei wird, wie bereits erwähnt, der innere
Stromkreis durch Öffnen des Hilfskontakts 24 unterbrochen, um ein sicherheitswidriges
Wiederherstellen des inneren Stromkreises durch anhaltendes iiiedergedrückthalten
des Einrüokknopfes 25 zu verhindern, durch das die Vorrichtung daran gehindert würde,
erforderlichenfalls auszu4rücken. Um den Stromkreis wiederherzustellen, ist es unerläßlich,
den Knopf 25 loszulassen, damit sich der Hilfskontakt 24 wieder schließen kann.
Danach befindet sich die Vorrichtung
wieder in der in Fig. 3 gezeigten
Ausgangsstellung.
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Bei der in Fig. 5 und 6 dargestellten'Ausführungsform handelt es sich
um einen Schalter mit eingebautem Abschalter, der die gleichen Grundbestandteile
aufweist: eine bei 17 und 18 gelenkig gelagerte bewegliche Einrichtung aus einer
eingebogenen Feder 6 und einem haarnadelförmigen Bimetallstreifen 15, die bei 7
gekoppelt sind. Der Bimetallstreifen 15 trägt den beweglichen Kontakt 3, der in
Fig. 5 in Geschlossen-Stellung anliegend am festen Kontakt 4 und getrennt von ihm
in Geöffnet-Stellung in k'ig. 6 dargestellt ist. Der eigentliche iichalter ist ein
üblicher Kippschalter mit den Kontakten 32 und dem zu betätigenden Kipphebel 33,
der gemäß einer Besonderheit der Erfindung jedoch auch auf den Bimetallstreifen
15 durch einen als Wiedereinrückorgan wirkenden Finger 34 einwirken kann.
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In eingeschalteter Stellung (Fig. 5) tritt der Strom durch die Klemme
35 ein, geht durch den festen Kontakt 4, den beweglichen Kontakt 3, den Bimetallstreifen
15, die Feder 6 und eine Verbindung 36 (die hier im Interesse der Übersichtlichkeit
und Klarheit der Zeichnung als außerhalb des Gehäuses liegend dargestellt ist) zu
den Kontakten 32 und tritt schließlich durch die Klemme 37 aus.
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Bei übermäßiger Erwärmung des Bimetallstreifens 15, z.B. durch einen
Kurzschluß, rückt der Abschalter entsprechend dem bei der vorhergehenden Ausführungsform
beschriebenen Vorgang aus und trennt so den Stromkreis (siehe hig. 6).
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Zur Wiederherstellung des Stromkreises muß zunächst auf den Kipphebel.
33 gedrückt werden, um ihn aus der Stellung "ein" in die Stellung "aus" zu kippen..
Durch das Eindrücken übt der Finger 34 einen Druck auf den Bimetallstreifez. 15
aus, der die bewegliche Einrichtung 6 - 15 des Abschalters in die Stellung bringt,
in der die Kontakte 3 - q geschlossen sind, während gleichzeitig die Kontakte 32
sicr öffnen. Jetzt braucht nur noch der Kipp-
Nebel 33 abermals,
jedoch in entgegengesetzter Richtung, in die Stellung "ein" gekippt zu werden, um
die Kontakte 32 zu schließen und den Stromkreis wiederherzustellen.
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r'ig. 7 zeigt einen Thermostat, bei dem der Bimetallstreifen 15 in
diesem Fall nicht mehr von einem Strom durchflossen und somit nicht dem Joule-Effekt
unterworfen, sondern nur der Umgebungstemperatur ausgesetzt ist. Gerade zur Vermeidung
der Gefahr einer Erwärmung durch den Joule-Effekt, die der Fbpfindlichkeit des Thermostats
abträglich wäre, ist der untere Schenkel 15a des Bimetallstreifens mit einem Iaessingplättchen
38 beschlagen, das, als I#ebenschluß wirkend, diesen Schenkel 15a kurzschlielit,
wobei der Kontakt 3 unmittelbar auf dieses Messingplättchen aufgebracht und der
elektrische Kontakt auf der Höhe des Schwenkpunktes 17 gleichfalls aus Messing ist.
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Wenn die Kontakte 3 - 4 geschlossen sind, geht der Strom durch den
einen Ansehluß 39, die Kontakte 3 - 4, das Messingplättchen 38 und den Schwenkpunkt
17 zum anderen Anschluß 40. Wenn die Umgebungstemperatur einen bestimmten Schwellenwert
überschreitet, bewirkt die sich daraus ergebende Verformung des t3imetallstreifens
15 die ruckartige Öffnung der Kontakte und das Trennen des Stromkreises.
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.ßiese 1'herriostatvorrichtung wird vervollständigt durch einen um
42 kippbaren und auf den Schenkel 15b des bimetalistreifens wirkenden Einrückknopf
41 sowie durch einen verstellbaren Anschlag 43, der das Ändern der Wirkschwelle
der Vorrichtung gestattet.