DE1538640A1 - Thermisches Schaltgeraet - Google Patents

Description

Abschrift

Licentia Paten t-Verwaltongs-GmbH. 1 538640 Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1

68/O53 Frankfurt/Main, den 14.1.1966

Puchmüller/ar

Thermisches Schaltgerät

Die Erfindung betrifft ein thermisches Schaltgerät mit durch Erwärmung bewirkter Forin-Lagen-Längen - Änderung eines temperaturempfindlichen Gliedes, z.B. Bi-Metallauslöaer für elektrische Selbstschalter. Ein solches Gerat hat, sofern es als Überstromauslöser, z.B. Bimetallauslöser für elektrische Selbstschalter verwendet wird, mehreren Forderungen zu genügen. Es soll hinsichtlich des Zeitpunktes seines Ansprechens, d.h. seiner Trägheit den in VDE O66O genannten Bedingungen entsprechen, wobei für solche Geräte noch zwei Trägheitsgrade aufgestellt sind. Ferner soll ein solches Gerät eine durch die übrigen Schalterteile des Selbstschalters konstruktionsbedingte Lagenänderung, etwa Ausbiegung des Bintetallgliedes bei genügender, vom Birne ca11-glied auf ein Schalterauslöseglied ausgeübter Kraft haben.

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Schließlich wird verlangt, daß der Bimetallauslöser nicht über einen Sättigungswandler, sondern direkt in den zu überwachenden Stromkreis geschaltet ist und ein Strom der weit oberhalb des Strombereiches liegt, bei dem der Bimetallauslöser wirksam sein soll, nicht zur Beschädigung des Bimetallauslösers führen kann.

Zur Erfüllung dieser Forderungen ist ein erheblicher technischer Aufwand erforderlich. Bekannt sind indirekt, direkt sowie kombi« niert indirekt und direkt beheizte Bimetallauslöser. Bekannt sind auch Bimetallauslöser, die zur Erzielung des benötigten Trägheitsgrades als aus mehreren Heizleitern und Bimetallgliedern zusammengestelltes Paket ausgeführt sind.

Bei den indirekt beheizten und auch bei den direkt- und indirekt beheizten Bimetallauslösern besteht der Heizleiter in der Regel aus Widerstandsmaterial, etwa Konstanten, Nickelin oder dgl., d.h. einem Leiter mit vernachlässigbarem Temperaturkoeffizienten.

Eine wesentliche Verringerung des technischen Aufwandes, z.B. in Bezug auf die Menge des Bimetall-Materials und auch des Materials für den Heizleiter wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß ein Heizleiter und ein mit dem Heizleiter unmittelbar wärmeleitend und elektrisch leitend verbundenes Birnetallglied derart hinsichtlich ihres ohmschen Widerstandes aufeinander abgestimmt sind, daß sich eine Stromaufteilung ergibt, aufgrund derer das Gerät bis zu einer niedrigen Stromstärke, etwa bis 6 JN mit überwiegende3' indirekter, oberhalb dieser bis zu höheren Stromstärken mit über-

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wiegend direkter Beheizung wirksam ist. Das Verhältnis von J direkt zu J indirekt ist durch die Nennstromstärke bedingt. Es kann- bei Bimetallauslösern für Nennstromstärken etwa ca. 70 bis 100 A bei 1 : 10 liegen; bei Nennströmen / 70 A ergibt sich ein größerer Anteil des Bimetalls, der direkt beheizt wird, so daß hier ein Verhältnis von 1 ': /ν 6 bis 8 zweckmäßig ist, Wesentlich ist, daß der Auslöser im Bereich der niedrigeren Überströme träge, im Bereich der höheren Überströme flink ist. Dadurch ergibt sich die bei kleineren Stromstärken baw. Überlastungen größere und bei höheren Stromstärken geringere Trägheit und ferner bei Anwendung nur eines Bimetallstreifens eine für die zu leistende Stell— oder Schaltbewegung ausreichende Kraft. Als Heizleiter wird vorzugsweise Bisen verwendet.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Dabei gibt Fig. 1 die Charakteristiken bekannter und des erfindungsgemäßen Bimetallauslösers wieder, die Fig. 2 bis ¹L zeigen verschiedene Aus führungsarten«

In Fig. 1 ist auf der Ordinate die Zeit t aufgetragen, in der ein Bimetallauslöser bei einem auf der Abzisse aufgetragenen Vielfachen des Nennstromes JN wirksam sein soll. Das Diagramm ist in doppelt logaritlimischein Maßstab gezeichnet. Mit der •gestricheljten Kurve ist das Verhalten, eines indirekt beheizten Auslösers dargestellt· Matt sieht, daß er bei größerem Überströmen träger ist j als ein direkt beheizter Bimetallau.?.-

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loser, dessen Verhalten mit der strichpunktierten Kurve dargestellt ist. Die Kurve eines bekannten direkt und indirekt beheizten Auslösers verläuft zwischen den beiden gestrichelt gezeichneten Kurven "direkt" und "indirekt". Sie folgt also bis zu Überströmen τ=. 6 χ JN in etwa der Kurve des erfindungsgemäße« Bimetallauslösers. Zeigt aber bei größeren Überströmen eine größere Trägheit bekannter Auslöser. Das Verhalten des erfindungsgemäßen Auslösers ist aus der angezogenen Kurve zu ersehen. Der Auslöser ist im niedrigen Strom-Bereich genügend träge, im höheren Strombereich genügend flink. Der Kreuzungspunkt sämtlicher Kurven liegt bei 6 JN.

•Der in Fig. 2 dargestellte erfindu-ngsgemäße Bimetallauslöser besteht aus dem aus Eisen hergestellten U-förmigen Heizleiter 1 und dem kegelstumpfförmigen Bimetallstreifen 2. Beide Teile sind an den schraffiert angedeuteten Flächen miteinander verbunden. Das kann durch Schweißen oder Hartlöten erfolgen. Im letzteren Falle ist der Heizleiter, wie das aus der rechten Abbildung von Fig. 2 ersichtlich isr., abgekröpft. Das Lot fließt bei Erhitzung nur in den durch die aufeinandergelegten Teile Iu. 2 gebildeten Kapillarspalt* ...-■■■'

Der Heizleiter 1 und der Bimetallstreifen 2 sind elektrisch parallel geschaltet. Dabei ist das Verhältnis der Widerstände beider feile so aufeinander abgestimmt, daß der Auslöser bei niedrigen Stromstärken sich wie ein indirekt beheizter und bei. höheren Stromstärken wie ein direkt beheizter Bimetallauslöser verhält· Die Stromaufteilung wird noch durch die Temperaturkoeifizienten de» Heizleiters und· des Bitnetallstreifens "derartig beeinflußt, daß bei

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höheren Stromstärken ein verhältnismäßig höherer Strom über den Bimetallstreifen fließt. Der Heizleiter 1 besteht aus Eisen, hat also einen hohen positiven Teraperaturkoeffizienten,

Bei Stromfluß erwärmt sich der Heizleiter 1} seine Wärme fließt einerseits an den schraffiert gezeichneten Stellen in den Bimetallstreifen 2, andererseits in nicht gezeichnete Klemmen und Zuleitungen. Die freien Schenkel des Heizleiters sind gelocht zum Durchlaß der üblichen Befestigungs- oder Klemmenschrauben. Der Auslöser ist an einem nicht dargestellten Tragebock befestigt. Die Eichung des Biauslösers erfolgt dadurch, daß in üblicher Weise der Abstand des Bimetallstreifens von dem zu verstellenden Teil (Auslösewelle, Schaltorgan, Schaltwippe, Kontakt u.a.m.) ver~. größert oder verringert wird«

Die heißeste Zone des Heizleiters liegt im und beim Querschenkel . des U. Dadurch ergibt sich eine günstige Wärmeübertragung teils durch Wärmefluß vom Fuß des Auslösers, teils durch Wärmestrahlung bei etwa 2/3 der Länge des Bimetallstreifens 2. Der Bimetallstreifen 2 hat die Form eines Kegelstumpfes; dadurch werden Querausbiegungen vermindert, so daß die ganze Ausbiegearbeit in der Richtung des Pfeiles liegt.

Das Widerstandsverhältnis von 10 : 1 (Heizleiter : Bimeta.llstr.eifen) bezieht sich auf eine bestimmte Nennstrorastärke, etwa JN = "JOO A. Bei anderen, kleineren Weiten von JN %vird man entsprechend der zu beheizenden Massen andere Widerstandsverhältnisse wählen, etwa bei JN 30 A₁ das Verhältnis von 15 * 1» um den eingangs erwähnten

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Effekt zu erzielen.

Der Bimetallstreifen 2 ist bis zu etwa 1/3 seiner Länge geschlitzt zur Biegung des Strompfades. Das Ende des Schlitzes ist verrundet, was im ausbiegungsaktivsten Teil (in Richtung der schraffierten Fläche verlaufend) des Bimetalls die höchste Erwärmung ergibt, ohne daß eine örtliche Überhitzung stattfindet und zugleich eine wesentliche Gesamtwiderstandszunahme durch die erhöhte Erwärmung vermeidet. Die Ausführung nach Fig. 3 entspricht im wesentlichen der nach Fig. 1. Hier ist jedoch der Heizleiter 1 mit abgebogenen Flanken la versehen, mit denen er den Bimetallstreifen 2, der nach Fig. 2 ein Rechteck bildet, so umfaßt, daß der Bimetallstreifen in Pfeilrichtung frei ausschlagen kann. Der Steg Ib der Flanke la ist der Querschenkel des Heizleiters 1. Wie bei dein Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist hier die heißeste Stelle des Ileizleiters. Diese Ausführung hat zur Folge, daß trotz Ausbiegung des Bimetallstreifens in Pfeilrichtung, d.h. Entfernung des Bimetallstreifens vom Heizleiter, die Erwärmung des Bimetallstreifens durch Wärmestrahlung nicht oder kaum verringert wird. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. k sind der Heizleiter 1 und der Bimetallstreifen 2 dreischeii—· kelig. Der mittlere Schenkel dient zur Erreichung der erforderlichen Auslegekraft. Eine eolsche Ausführung ist besonders für kleine Nennstromstärken geeignet.

Allen Auslösern gemeinsam ist die erfindungsgemäße Abstimmung der Widerstandswertö des Heizleiter^ und dos Bimetallstreifons, die Änderung der Stromstärke im Heizleiter und im Bimetallstreifen j n

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Abhängigkeit vom Strom, die Verwendung nur eines Bimetallstrei— fens und nur eines Heizleiters für Neimstronistärken von ca. 3^ A-bis ca. 200 A und gegebenenfalls die Verwendung von Eisen als Heizleiterraater-ial. Für die verschiedenen Stromstufen, z.B. 30 ... 45«. ^5 ..·· 7°* 7° ··· ¹⁰°» ¹⁰° ··· ^1/jtOi ^1/t0 ···' ²⁰⁰ A sind also die Viiderstandswerte des Heizleitei-s und des Bimetallstreifens jeweils so aufeinander abgestimmt, daß auf alle Fälle bis 6 JN vonfiepend die indirekte, über 6 JN zunehmend die direkte Beheizung wirksam ist.

7 Blatt Beschreibung
lh Patentansprüche
1 Blatt Zeichnung

Patentansprüche

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Claims (1)

1. Liceiitia Patent-Verwaltmx^6-Gn:bH. 1 538640

   . Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1

   68/05 3 - 14.1.1966

   Patentansprüche

   1, Thermisches Schaltgerät mit durch Erwärmung bewirkter Form-Lage-Längen — Änderung eineis temperaturempfindlichen Gliedes, z.B. Bi-Metallauslöser für elektrische Selbstschalter, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizleiter und ein mit dem Heizleiter unmittelbar wärmeleitend und elektrisch leitend verbundenes Bimetallglied derart hinsichtlich ihres ohmschen Widerstandes aufeinander abgestimmt sind, daß sich eine Stromaufteilung ergibt, aufgrund derer das Gerät bis zu einer niedrigen Stromstärke etwa bis 6 JN mit überwiegend "indirekter, oberhalb dieser bis zu höheren Stromstärken mit überwiegend direkter Beheizung wirksam ist,

   2. Thermisches Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Nennstromstärken von etwa 70 ... 100 A das Verhältnis von J direkt : J indirekt bei etwa 1 : 10, bei Nennstromstärken unter 70 A, bei etwa 1 : 6. .. 8, box Nennstromstärken über 100 ;.. 200 A bei 1 : 12 ... 15 liegt.

   J. Thermisches Schaltgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter aus einem Metall mit positivem Temperaturkoeffizienten, z.B. Eisen besteht.

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   ^t. Thermisches Schaltgerät nach Anspruch 1 bis 3» dadurch ge— kennzeichnet, daß der Heizleiter in ah sich bekannter Weise U-förmig ist, und daß seine Längsschenkel gegen die freien, zum Kletnifianschluß hergerichteten Enden abgekröpft sind zur Bildung eines Abstandes zwischen dem Heizleiter und dem · Bimetallglied.

   5« Thermisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Heizleiter, als auch das Bimetallglied plan verlaufen und vorzugsweise ohne elektrisch isolierende Zwischenlage unmittelbar aneinanderliegen (Fig. 3)." .. . '

   6» Thermisches Schaltgerät nach den Ansprüchen 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallglied auf etwa 1/3 seiner Länge und zumindest in dem Bereich, in dem es mit dem Heizleiter vereinigt ist, geschlitzt ist.

   7» Thermisches Schaltgerät nach Anspruch 1 bis 6, dadurch 'gekennzeichnet, daß der Schlitz des Bimetallgliedes verrundet ist.

   8. Thermisches Schaltgerät nach Anspruch 1 bis 7j dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallglied die Form eines Kegelstumpfes hat (Fig. l). ·

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   9. Thermischer Schaltgerät nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Heizleiter·, als auch das Bimetallglied parallel verlaufende Stroinpfade und Wärincleitpfade aufis'eist (Fig. 1, 3 u. k) I

   10. Thermisches Schal tgei-ät nach einem der Ansprüche 1 bis 9i dadurch gekennzeichnet, daß sowohl.der Heizleiter als auch das Bimetallglied dreischenkelig ausgeführt sind und beide an ihren freien Enden aneinander befestigt sind (Fig. ^i).

   11. Thermisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter den Bimetallstreifen umfaßt, derart, daß "eine durch die Entfernung des freien Endes des Bimetallstreifens vom Heizleiter sich einstellende Verringerung der Erwärmung durch Wärmestrahlung ausgeglichen wird.

   12. Thermisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11., dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter mit von ihm abgebogenen Flanken das Bimetallglied umfaßt (Fig. 3).

   13. Thermisches Schaltgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die abgebogenen Flanken des Ileizleiters soweit mit Abstand vom Bimetallglied verlaufen, daß das Bimetallglied gegenüber dem Heizleiter frei beweglich ist.

   14. Thermisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12," dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallglied rechteckig ist. (Fig. 3).

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