DE1590295A1 - Elektrischer Schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter, der bei Erregung zunächst ein - und später ausschaltet.

Die üblichen elektrischen Schalter, z.B. Relaisschalter, Bimetall schalter usw., werden unter dem Einfluß der Erregung entweder geschlossen oder geöffnet. Soll der Strompfad nach dem Einschalten bald wieder geöffnet .werden, benötigte man einen zweiten Schalter oder eine zweite, von der ersten unabhängige Erregung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schalter anzugeben, der mit einfachsten Mitteln unter dem Einfluß einer Erregung zunächst ein- und später ausschaltet, so daß der Schalter einen Stromimpuls vorgegebener Dauer hindurchläßt.

Erfindungsgemäß ist der elektrische Schalter gekennzeichnet durch zwei zusammenwirkende, aber unterschiedlich stark beheizte Deknkörper, von denen sich der stärker beheizte Dehnkörper bei Temperaturerhöhung im Sohließsinn und der schwächer beheizte Dehnkörper im Öffnungasinn des Sohaltera dehnt*

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Bei diesem Aufbau ist zunächst im wesentlichen der stärker "beheizte Dehnkörper wirksam, so daß sich der Schalter schließt. Dieser Dehnkörper erfährt eine Formänderung, bis er seine Grleichgewidafcstemperatur erreicht hat. Nun überwiegt die Verformung des schwächer beheizten und sich entsprechend langsamer verformenden Dehnkörpers, bis der Schalter wieder öffnet.

Hierbei ist es unerheblich, ob die Dehnkörper selbst Kontakte tragen oder ihrerseits auf ein Kontaktsystem, z.B. das Kontaktsystem eines Sprungschalters, einwirken.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Dehnkrper Bimetallabschnitte. Bimetall hat sich in der Schaltertechnik gut bewährt. Es ergibt bei einer gegebenen Temperaturänderung einen großen Verformungsweg. Die vom Bimetall erzeugten Kräfte reichen auch zur direkten Kontaktbetätigung aus.

Pur die verschiedene Beheizung der beiden Dehnkörper gibt es eine Fülle von Möglichkeiten. Man braucht nicht einmal jedem Dehnkörper ein Heizelement unterschiedlicher Heizleistung zuzuordnen, vielmehr kann man sogar mit einem einzigen Heizelement auskommen. Bei einer Ausführungsform werden die Dehnkörper von demselben Heizelement beheizt, der eine Dehnkörper ist aber durch eine Wärmeisolierschicht abgedeckt. Der letztgenannte Dehnkörper wird daher langsamer verformt als der direkt beheizte Dehnkörper. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den einen Bimetallabschnitt von seiner aktiven Seite und den anderen Bimetallabschnitt von seiner passiven Seite her zu beheizten. Auf der aktiven Seite ist das eigentliche Dehnmetall angeordnet. Dieses erwärmt sich bei direkter Beheizung schneller als bei einer Beheizung durch die passive Schiohthinduroh. Man kann auoh lediglioh den einen Dehnkörper be-

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ORIGINAL INSPECTED ^

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heizen und den anderen Dehnkörper wärmeleitend mit diesem verbinden.

Von der konstruktiven Ausgestaltung her ergeben sich besondere Vorteile, wenn die beiden Bimetallabschnitte an ihrem einen Ende starr miteinander derart verbunden sind, daß sie in entgegengesetzter Richtung ausbiegen. Hierbei kann das eine freie Ende der Kombination fest eingespannt und das andere freie Ende mit einem Kontakt des Schalters versehen sein.

Eine andere konstruktiv einfache Lösung besteht darin, daß die beiden Bimetallabschnitte an ihren freien Enden die Schalterkontakte tragen und derart nebeneinander angeordnet sind, daß sie in gleicher Richtung ausbiegen.

Da die Verformungen oder Auslenkungen der Dehnkörper beim Erreichen der Gleichgewichtstemperatur in der gleichen Größenordnung liegen sollten, bereitet es auch keine Schwierigkeiten, die Dehnkörper so auszulegen, daß sie bei gleicher Änderung ihrer Temperatur auch gleiche Auslenkungen hervorrufen. Auf diese Weise kann man den Einfluß der Umgebungstemperatur auf die Funktionsweise' des Schalters eliminieren.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein einseitig festgehaltener Dehnkörper mit seinem anderen Ende außerdem auf einen Übertemperatür- bzw. Überstrom-Schutzschalter wirken. Da der einseitig festgehaltene D-ehnkörper einen absoluten Temperaturwert anzeigt, kann er diese zusätzliche Aufgabe übernehmen.

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Als besonders geeignet hat sich der erfindungsgemäße Schalter als Anlaßschalter für einen elektrischen Einphasenmotor erwiesen. Da der Schalter normalerweise offensteht und auch bei Erregung nach einer gewissen Zeit wieder öffnet, ist eine Gefährdung der Anlaßwicklung des Motors grundsätzlich ausgeschlossen. Andererseits kann die Einschaltzeit so bemessen sein, daß der Motor auf jeden Pail hochgelaufen ist.

Insbesondere kann der Kontaktsatz des Schalters im Anlaßwicklungszweig und sein Heizelement im Laufwicklungszweig des elektrischen Einphasen-Motors angeordnet sein. Auf diese Weise braucht der Motor-Hauptschalter lediglich den Laufwicklungsstrom zu schalten. Er kann daher entsprechend kleiner bemessen sein bzw. eine größere Motorleistung steuern, als wenn Laufwicklungsstrom und Anlaßwicklungsstrom gleichzeitig geschaltet werden müßten. Die Wahrscheinlichkeit, daß der Hauptschalter gerade in demkurzen Intervall abschalten soll, in welchem die Anlaßwicklung an Spannung liegt, ist vernachlässigbar klein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung veranschaulicht sind, näher erläutert. Es zeigern

Pig. 1 im schematischen Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schalters, der in den· Stromkreis eines elektrischen Einphasen-Motors eingeschaltet ist,

Fig. 2 in schematischer Darstellung den erfindungsgemäßen Schalter in Verbindung mit einem Übertemper atürschalter bei ehöhter umgebungstemperatur und

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ORiGiNAL INSPECTED

Pig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Schalter.

In Pig. 1 besitzt der elektrische Schalter einen festen Kontakt 1 und einen beweglichen Kontakt 2, der an dem freien Ende einer Bimetallanordnung 3 angebracht ist, die am anderen Ende 4 fest eingespannt ist. Die Bimetallanordnung besteht aus zwei Bimetallabschnitten 5 und 6, die derart miteinander verbunden sind, daß sie sich bei Erwärmung in entgegengesetzter Richtung ausbiegen. Dies wird dadurch erreicht, daß die aktiven Schichten A, die das sich stärker dehnende Metall aufweisen, auf einander entgegengesetzten Seiten der beiden Abschnitte 5 und 6 angebracht sind, während die passiven Schichten B einander zugewandt sind. Selbstverständlich ist es auch möglich, die beiden Birnetallabschnitte 5 und 6 umzudrehen.

Um den Bimetallabschnitt 5 ist eine Wärmeisolierschicht 7 gelegt, während der Bimetallabschnitt 6 frei davon ist. Die ganze Bimetallanordnung 3 ist dann mit einer elektrischen Isolierschicht 8 versehen, auf die eine Heizwicklung9,gelegt ist.

Beim Beheizen dieser Wicklung 9 wird zunächst der Bimetallabschnitt 6 nach oben ausgelenkt, weil die Wärme direkt auf ihn einwirken kann, während der Bimetallabschnitt 5 durch die Wärmeisolierschicht 7 geschützt ist. Infolgedessen schließen die Kontakte 1, 2. Bei weiterer Durchbiegung des Bimetallabschnitts 6 wird der Kontaktdruck verstärkt. Bei Erreichen der Gleichgewichts temperatur nimmt der Abschnitt 6 eine vorgegebene Lage ein. Inzwischen wirkt die Wärme auch auf den Bimetallabschnitt 5, der sich daher langsamer und in entgegengesetzter Richtung biegt. So-

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bald diese Auslenkung einen gewissen Y/ert erreicht hat, öffnen die Kontakte 1,2 wieder. Die Schließdauer läßt sich sowohl von der konstruktiven Seite (Wahl des Bimetallmaterials, der Abmessungen der Bimetallabschnitte, der Ausbildung und des Material: der Wärmeisolierschicht) als auch durch die betrieblichen Größen '(Heizstrom) beeinflußen.

Der beschriebene Schalter ist in den Zweig der Anlaßwicklung 10 eines einphasigen Asynchronmotors 11 gelegt, wobei der Zweig der Laufwicklung 12 über die Heizwicklung 9 an Spannung gelegt wird. Ein üblicher Hauptschalter 13 vervollständigt die Schaltung.

Beim Einlegen des Hauptschalters 13 erhält zunächst nur die !aufwicklung 12 und die Heizwicklung 9 Strom. Wegen des geringen Widerstandes der Laufwicklung 12 bei stillstehendem Motor ist der Strom sehr stark. Infolgedessen lenkt der Birnetaliabschnitt 6 rasch aus und die Kontakte 1,2 schließen. Hun läuft der Motor hoch. Inzwischen erreicht aber die Heizleistung auch den Bimetallabschnitt 5» so daß nach einer gewissen Zeit die Kontakte 1,2 wieder öffnen. Inzwischen ist auch der Strom durch die Heizwicklung 9 geringer geworden. Der Bimetallabschnitt 6 kühlt schneller ab als der isolierte Bimetallabschnitt 5. Die Öffnungsbewegung des Schalters wird daher verstärkt fortgesetzt, wobei es unmöglich ist, daß die Rückbiegung des Bimetallabschnitts 5 nochmals zum Schließen des Schalters führt.

In Fig. 2 ist der gleiche Sachverhalt nochmals schematisch dargestellt, wobei zusätzlich ein Schalter 14 vorgesehen ist, der über einen Stössel 15 vom sich auslenkenden Ende des Bimetallabschnitts 6 beeinflußt wird. Es sei angenommen, daß die Auslenkungi der beiden Abschnitte 5 und 6 bei gleichen Temperaturänderungen

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etwa gleich sind. Bai bedeutet bei einer Zuordnung der beiden Bimetallabschnitte 5 und 6,wie sie in den Pig. 1 und 2 beschrieben ist, daß urter sonst gleichen Bedingungen der äußere Abschnitt 5 etwa doppelt so lang sein muß wie der innere Abschnitt 6. Auf diese Yfeise wird ein vollständiger Ausgleich der Umgebungstemperatur erreicht. Pig. 2 zeigt einen Zustand hoher umgebungstemperatur mit stark durchgebogenen Bimetallabschnitten, wobei jedoch die Kontakte 1,2 geöffnet sind. Wir-d der Schalter in unmittelbarer Nähe des Motorgehäuses angeordnet, ist die Umgebungstemperatur auch ein Maß für die Belastung des Motors, so daß der Schalter 14 als Überlastungsschutz oder Motorschutzschalter dient

Wenn der Anlaßversuch, beispielsweise wegen blockierten Rotors, nicht geglückt ist, wird die Heizwicklung 9 dauernd vom starken Kurzschlußstrom durchflossen. Infolgedessen biegt sich der Abschnitt 6 stark durch und der Schalter 14 schaltet den Motor ganz ab. Ein neuer Anlaufversuch kann erst unternommen werden, wenn der Bimetallschalter genügend stark abgekühlt ist,'was auch bedeutet, daß die Motorwicklungen genügend stark abgekühlt sind, um die Belastungen eines erneuten Anlaufversuchs zu ertragen.

Wenn wegen einer kurzzeitigen Spannungsunterbrechung der Motor zum Stillstand gekommen ist, erfolgt beim Wiederkehren der Spannung automatisch-der Hochlauf. Dieser Vorgang kann sich bei mehrfachem Spannungsausfall auch mehrmals wiederholen. Folgen die Anlaufversuche jedoch so kurz hintereinander, daß die Motorwicklungen überbeansprucht werden würden, wird eine Überlastung des Motors durch Ansprechen des Schalters 14 vermieden.

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Bei dem Ausführungsbeispiel der Pig. 3 sind die "beiden Bimetallabschnitte 16 und 17 mit ihrem einen Ende festgelegt. Am.freien Ende tragen sie je einen Kontakt 18 und 19 des Schalters. Die Beheizung erfolgt durch ein Heizelement 20, das zwischen den beiden Bimetallabschnitten 16 und 17 angeordnet ist. Beim Bimetailabschnitt 16 ist die aktive Seite A dem Heizelement 20 zugewandt, beim Bimetallabschnitt 17 die passive Seite B. Infolgedessen wird der Abschnitt .16 stärker beheizt und biegt sich schneller durch als der Abschnitt 17· Demzufolge wandert bei Erregung des Heizelements 20 zunächst der Kontakt 18.gegen den Kontakt 19» worauf der Kontakt 19 sich in der gleichen Richtung weiterbewegt und vom Kontakt 18 wieder abhebt.

Die beschriebene Schalteranordnung eignet sich vor allem für solche Anwendungszwecke, wo ein narrensicherer Anlaßschalter über lange Jahre wartungsfrei arbeiten muß, beispielsweise zum Anlassen eines Elektromotors.in der hermetisch geschlossenen Kapsel einer Kältemaschine. Die Anordnung ist auch recht spannungsunabhängig. .Ein einwandfreier Anlauf ergab sich noch bei 50$ Unterspannung und 20$ Überspannung.

Der erfindungsgemäße Schalter kann nicht nur mit Bimetallabschnitten ausgerüstet werden, er arbeitet auch mit sich dehnenden Metallstangen, mit gummielastischen Dehnkörpern oder mit flüssigkeitsgefüllten Dehnkörpern.

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Claims (1)

1. Patentansprüche t

   1. Elektrischer Schalter, der bei Erregung zunächst ein- und später ausschaltet, gekennzeichnet durch zwei zusammenwirkende, aber unterschiedlich stark beheizte Dehnkörper, von denen sich der stärker beheizte Dehnkörper bei Temperaturerhöhung im Schließeinn und der schwächer beheizte Dehnkörper im Öffnungssinn des Schalters dehnt,

   2® Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnkörper Bimetallabschnitte sind.

   5. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnkörper von demselben Heizelement beheizt sind, der eine Dehnkörper ab sr dureii eine Y/ärmeisoIierschicht abgedeckt ist.

   4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadcöh gekennzeichnet, daß der eine Bimetallabschnitt von seiner aktiven Seite und der andere Bimetallabschnitt von seiner passiven Seite her beheizt ist.

   5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bimetallabschnitte an ihrem einen linde, starr miteinander derart verbunden sind, daß sie in entgegengesetzter Richtung ausbiegen.

   6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bimetallabschnitte an ihren freien Enden die Schalterkontakte tragen und derart nebeneinander angeordnet sind, daß sie in gleicher Eichtung ausbiegen.

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   -fi"i'"öfii»öön (Art 7 * ; ι „2 Nr 1 Satz 3 das Änderungage9. v. 4.9.1967)

   7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnkörper bei gleicher Änderung ihrer

   • Temperatur gleiche, aber entgegengesetzt gerichtete Auslenkungen hervorrufen.

   8. Dehnkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein einseitig festgehaltener Dehnkörper mit seinem anderen Ende außerdem auf einen Übertemperatur- bzw. Überstrom-Schutzschalter wirkt.

   9. Schalter nach einem der Ansprüche Ί bis 8, gekennzeichnet durch die Verwendung als Anlaßschalter eines elektrischen

   ' Einphasen-Motors.

   10. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sein Kontaktsatz im Anlaßwicklungszweig und sein Heizelement im Laufwicklungszweig eines elektrischen Einphasen-Motors angeordnet sind.

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