Temperaturbegrenzer für elektrische Geräte Die Erfindung bezieht sich
auf einen Temperaturbegrenzer für elektrische Geräte mit Handrückstellung und Freiauslösung,
der als Temperaturfühler ein Thermobimetalleifnent mit Sprungcharakteristik besitzt,
das bei Auslösung den elektrischen Schalter öffnet. Derartige elektrische-Temperaturbegrenzer
werden eingesetzt' um zu verhindern,-daß ein Gerät über die zulässige Betriebstemperatur
hinaus erwärmt-wird, indem die Stromzuführung direkt oder indirekt über Relais,
Schaltschütze-- oder dergleichen unterbrochen wird. Solche Temperaturbegrenzer finden
Verwendung in Motoren, Transformatoren und elektrischen Heizgeräten, um diese Geräte
bei auergewöhnlichen Betriebszuständen vor Beschädigung oder Zerstörung zu schützen.
Von außen her ist der Auslösezustand eines solchen Temperaturbegrenzers durch eine
a%tliche Lageveränderung des Rückstellelementes erkennbar. Diese Lageveränderung
soll den Benutzer des Gerätes veranlassen, die Ursache des Schadens zu suchen und
zu beseitigen, bevor durch Betätigung der Handrückstellung das Gerät
wieder
in Betrieb genommen wird. Der Begriff "Freiauslösungt' besagt, daß eine Auslösung
unabhängig von der Stellung des Rückstellelementes erfolgt, also auch dann, Wenn
dieses Rückstellelfnent blockiert ist. Als Temperaturfühler dient bei bekannten
Geräten zumeist ein Gebilde aus Thermobimetall, das wenn seine temperaturabhängige
Bewegung einen Grenzwert überschreitet, eine Verklinkung aufhebt, die bis zu diesem
Zeitpunkt einen Kontakt in seiner Einschaltstellung gehalten hat. Bei Freiauslösung
ist gleichzeitig die kraftschlüssige Verbindung zwischen Kontakt und Rückstellorgan
aufzuheben, die in der Mehrzahl der Fälle durch einen Kniehebelmechanismus dargestellt
ist. Ein derartiger Temperaturbegrenzer besitzt daher einen recht komplizierten
Aufbau, und es werden hohe Anforderungen an die Genauigkeit seiner Bauteile gestellt,
um ein präzises Ansprechen zu erreichen. Eine besondere Form des Temperaturfühlers
stellt die gewölbte Thermobimetallscheibe dar, deren Wölbung, durch maschinelle
Prägung erzielt, bei Temperaturänderung zu- oder abnimmt. Bei geeigneter Dimensionierung
hat eine solche Scheibe die Eigenschaft, bei einer bestimmten Temperatur ihre Wölbung
sprunghaft umzukehren. Genau so sprunghaft kehrt die Scheibe bei Temperaturrückgang
in ihre ursprüngliche Lage zurück. Zwischen den beiden Umschlagtemperaturen liegt
eine verhältnismäßig gr-° ße Temperaturdifferenz, auch "Hysterese" genannt.
Es ist seit langem bekannt, solche gewölbte -herzrdob3.meta.
l ysz:-ä-
ben als-Temperaturfühler bei Thermostaten für feste Temperaturen
und Temperaturbegrenzern einzusetzen, und dabei wird ihr Sprungcharakter zur Erzielung
einer spontanen Aus- oder Einschaltung ausgenutzt. Da die "Hysterese", d.h. Differenztemperatur
zwischen den beiden Umkehrpunkten, von der Materialstärke abhängt,--hat man es durch
geeignete Auswahl des Materials in der Hand, die Rücksprungtemperatur so niedrig
zu halten, daß unter normalen Bedingungen keine selbsttätige Wiedeireinschaltung
erfolgt. Um einen derartigen, Begrenzer.wieder einzuschalten, muß der Rücksprung
durch eine von außen einwirkende Kraft durchgeführt werden. Ein solcher Begrenzer,
bei dem die Thermobimetallscheibe den Schaltkontakt trägt., der in Betriebsstellung
am Gegenkontakt anliegt, Stellt die einfachste Form eines Temperaturbegrenzers mit
Handrückstellung dar. Er hat den Nachteil, daß bei extrem niedrigen Temperaturen
eine selbsttätige Rückstellung erfolgt, denn die "Hysterese" läßt sich nicht beliebig
vergrößern, ohne andere nachteilige Eigenschaften in Kauf zu nehmen. Eine Freiauslösung
läßt sich bei dieser Art von Begrenzern nicht verwirklibhen.Temperature limiter for electrical devices The invention relates to a temperature limiter for electrical devices with manual reset and release, which has a thermal bimetallic element with jump characteristics as a temperature sensor, which opens the electrical switch when triggered. Such electrical temperature limiters are used to prevent a device from being heated above the permissible operating temperature by interrupting the power supply directly or indirectly via relays, contactors or the like. Such temperature limiters are used in motors, transformers and electrical heating devices to protect these devices from damage or destruction in unusual operating conditions. The tripping state of such a temperature limiter can be recognized from the outside by an actual change in position of the reset element. This change in position is intended to induce the user of the device to look for the cause of the damage and to eliminate it before the device is put into operation again by actuating the manual reset. The term "free release" means that a release takes place regardless of the position of the reset element, i.e. also when this reset element is blocked The latching mechanism that has held a contact in its switched-on position up to this point in time cancels the non-positive connection between the contact and the return element, which is represented in the majority of cases by a toggle lever mechanism. Such a temperature limiter therefore has a rather complicated structure , and high demands are made on the accuracy of its components in order to achieve a precise response change increases or decreases. With suitable dimensions, such a disk has the property of suddenly reversing its curvature at a certain temperature. The disc returns to its original position just as abruptly when the temperature drops. There is a relatively large temperature difference between the two transition temperatures, also called "hysteresis". It has long been known to have such domed -herzrdob3.meta. l ysz: -ä-
ben as temperature sensors for thermostats for fixed temperatures and temperature limiters, and their jump character is used to achieve a spontaneous switch-on or switch-off. Since the "hysteresis", ie the difference in temperature between the two reversal points, depends on the material thickness, - by selecting the appropriate material, you can keep the return temperature so low that, under normal conditions, there is no automatic restart. In order to switch on such a limiter again, the return must be carried out by an externally acting force. Such a limiter, in which the thermal bimetallic disk carries the switching contact, which rests against the mating contact in the operating position, represents the simplest form of a temperature limiter with manual reset. It has the disadvantage that an automatic reset takes place at extremely low temperatures, because the "hysteresis" cannot be enlarged at will without accepting other disadvantageous properties. Trip-free cannot be implemented with this type of limiter.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der erwähnten
Nachteile einen elektrischen Temperaturbegrenzer zu schafffen, der mit geringem
17-'eile- und Arbeitsaüfwand mit normaler Präzmision der Teile herstellbar Ist:
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Temperaturbegrenzer
der
eingangs genannten Bauart dadurch gelöst, daß auf dem Thermobimetallelement das
Betätigungsorgan des als Totpur#tschalter ausgebildeten elektrischen Schalters abgestützt
ist, das gemäß der Auslösebewegung des Thermobimetallelementes den Schalter von
seiner ersten stabilen (Einschalt-) Stellung in seine zweite stabile (Ausschalt-)Stellung
überführt und von einem Rückstellknopf über eine kraftschlüssige Kupplung im Sinne
einer Einschaltbewegung beeinflußbar ist, und daß die von der Kupplung übertragbare
Kraft kleiner ist als die mechanische Rückstellkraft des Thermobimetallelementes.
Durch diese konstruktiv einfache Lösung wird gewährleistet, daß die Wiedereinschaltung
erst dann erfolgen kann, wenn das Thermobimetallelement in seine Ausgangsstellung
zurückgekehrt ist, d.h. wenn die Temperatur beträchtlich abgesunken ist. Aus den
an späterer Stelle geschilderten Gründen wird zweckmäßigerweise als Bimetallelement
eine Bimetall-Membranscheibe benutzt, jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben..
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1: eine Frontansicht des Begrenzers; Fig. 2: einen
Schnitt längs der Linie A - A' in Fig. 1, die gleichzeitig_Gehäusetrennfuge ist,
wobei der Begrenzer sich in Betriebsstellung befindet; Fig. 3: die gleiche Ansicht
wie Fig. 2, jedoch in Ausschaltstellung des Begrenzers, und
Fig.
4: die- gleiche Ansicht und Stellung wie Fig: 3, jedoch bei dem Versuch, den Begrenzer
r'u`ckzustellen,: bevor sein Temperaturfühler in seine Ausgangsposition zurückgekehrt
ist. -Ein aus zwei identischen Schalenhälften 11 bestehendes Gehäuse nimmt
einen Sprungschalter mit zwei stabilen Arbeitsstellungen
auf, der aus den/Gehäuse fest angeordneten Anachlußklemmen
8
mit Kontaktnieten g, einer Schaltbrücke 1 mit. Kontaknieten 2, Totpunktfedern 3
und einem Stößel 4 besteht. Im Stößel 4 ist axial verschiebbar der Rückstellknopf
-6 angeordnet, der durch die Druckfeder ( am Anschlag 5 des Stößels 4 anliegt: Die
Schalenhälften 1l. weisen in ihrer Berührungsfläche offene und aufeinander ausgerichtete
Aussparungen auf, in die Vierkantmuttern 12 eingelegt sind, die einer Befestigung
des Begrenzers in einem Maschinengehäuse 14 mittels Schrauben 13 dienen. Am hinteren
Ende trägt das Schaltergehäuse eine gewölbte Thermobimetallscheibe 10, deren Wölbung
in Betriebsstellung dem Gehäuse abgekehrt ist, d.h. die konkave Seite ist dem Schaltergehäuse
zugekehrt. Die T'otpunktfedern 3 drücken in Betriebsstellung einerseits die Schaltbrücke
l an die Festkontakte 9 und andererseits den Stößel 4 an die Thermobimetallscheibe
10. Kehrt die Thermobimetallscheibe bei Erreichen der oberen Umschlagtemperatur
ihre Wölbung um, so wird dadurch der Stößel 4.verschoben. Dabei überschreitet der
Schalter die Totpunktstellung seiner Federn 3 und geht in Ausschaltstellung, in
der sowohl der Stößel 4 mit seinem Anschlag 5 als auch die Schaltbrücke 1 an Anschlägen
des Gehäuses anliegen. In dieser Stellung-(Fig. 3) halten die Totpunktfedern 3 den
Schalter auch-dann, wenn die
Thermobimetallscheibe 10 in
ihre ursprüngliche Lae umspringt, solange keine äußere Kraft auf den Rückstellknopf
6 einwirkt. Wird eine Rückstellung versucht, bevor die Thermobimetallscheibe 10
in.ihre ursprüngliche Zage zurückgekehrt ist (Fig. lf), so arbeitet der Rückstellknopf
6 lediglich gegen die Druckfeder 7,
deren Kraft geringer ist als die Kraft,
die zum mechanischen Rückstellen der Thermobimetallscheibe 10 erforderlich ist,
andererseits aber größer als die axiale Kraftkomponente der Totpunktfedern 3. Ist
der Rückstellknopf 6 in seiner Einschaltstellung blockiert, so hat die Thermobimetallscheibe
10 beim Umspringen außer der Kraft zum Betätigen des Schalters den Druck der Feder
7 zu überwinden. Dieser liegt um etwa eine Größenordnung niedriger als die Kraft,
die die Thermobimetallscheibe aufbringt, und erhöht deshalb deren Umschlagtemperatur
nur unwesentlich.The invention is based on the object of creating an electrical temperature limiter while avoiding the disadvantages mentioned, which can be produced with a small 17-'eile- and Arbeitsaüfwand with normal precision of the parts: According to the invention, this object is achieved with a temperature limiter of the type mentioned solved that on the thermal bimetallic element, the actuator of the dead-track electrical switch is supported, which according to the triggering movement of the thermal bimetallic element moves the switch from its first stable (on) position to its second stable (off) position and by a reset button can be influenced via a non-positive coupling in the sense of a switch-on movement, and that the force that can be transmitted by the coupling is smaller than the mechanical restoring force of the thermal bimetallic element. This structurally simple solution ensures that restarting can only take place when the thermal bimetallic element has returned to its starting position, ie when the temperature has dropped considerably. For the reasons described later, a bimetal membrane disk is expediently used as the bimetal element, but the invention is not limited to this. An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. The drawing shows: FIG. 1: a front view of the limiter; FIG. 2: a section along the line A - A 'in FIG. 1, which is at the same time_gehäusetrennfuge, the limiter is in the operating position; Fig. 3: the same view as Fig. 2, but in the switched-off position of the limiter, and Fig. 4: the same view and position as Fig: 3, but when trying to reset the limiter: before Temperature sensor has returned to its original position. -A housing consisting of two identical shell halves 11 takes a snap switch with two stable working positions on, the connection terminals 8
with contact rivets g, a switching bridge 1 with. Contact rivets 2, dead center springs 3 and a plunger 4 consists. The reset button -6 is axially displaceable in the plunger 4 and rests against the stop 5 of the plunger 4 through the compression spring: The shell halves 11 have open and aligned recesses in their contact surface, into which square nuts 12 are inserted, which are used for fastening of the limiter in a machine housing 14 by means of screws 13. At the rear end, the switch housing carries a curved bimetallic disk 10, the curvature of which in the operating position faces away from the housing, ie the concave side faces the switch housing Switching bridge 1 to the fixed contacts 9 and on the other hand the plunger 4 to the thermal bimetallic disk 10. If the thermobimetallic disk reverses its curvature when the upper transition temperature is reached, the plunger 4 is displaced. The switch exceeds the dead center position of its springs 3 and goes into the off position , in which both the S The tappet 4 with its stop 5 and the switching bridge 1 rest against stops of the housing. In this position (FIG. 3) the dead center springs 3 also hold the switch when the thermal bimetallic disk 10 swings back to its original position as long as no external force acts on the reset button 6. If a reset is attempted before the thermal bimetallic disk 10 has returned to its original position (Fig. 1f), the reset button 6 only works against the compression spring 7, the force of which is less than the force required to mechanically reset the thermal bimetal disk 10 , but on the other hand greater than the axial force component of the dead center springs 3. If the reset button 6 is blocked in its switched-on position, the bimetallic disk 10 has to overcome the pressure of the spring 7 in addition to the force to operate the switch. This is about an order of magnitude lower than the force applied by the thermal bimetallic disk and therefore only increases its transition temperature insignificantly.
Es wäre denkbar, statt einer gewölbten Thermobimetallscheibe mit Sprungcharakteristik
einen flachen Thermobimetallstreifen zu verwenden, der sich kontinuierlich der Temperatur
entsprechend bewegt. Dabei ist es möglich, den Begrenzer mit einer Justiermöglichkeit
auszurüsten, die bei einer gewölbten Scheibe ausgeschlossen ist. Dies hat jedoch
verschiedene Nachteile. Der Kontaktdruck eines Totpunktschalters nimmt ab, je mehr
er sich seinem Totpunkt nähert, um bei dessen Erreichen ganz zu Null zu werden,
ein Zustand, den man nur gezwungenermaßen in Kauf nimmt. Bei einem kontinuierlich
arbeitenden Temperaturfühler würde der Schalter ständig mit geringem Kontaktdruck
betrieben,
da aus "Sicherheitsgründen die Ansprechtemperatur in der Nähe der Betriebstemperaturliegen
soll. Bei langsamem Temperaturanstieg würde der Kontaktdruck ebenso langsam von
diesem niedrigen Wert gegen Null gehen, bevor der Schalter öffnet. Das sprungartige
Umschnappen einer Thermobimetallscheibe, bei der ein verhältnismäßig großer Weg
zurückgelegt wird, bringt den Schalter momentan von einer Extremstellung in die
andere und verkürzt dadurch die kritischen Schaltphasen auf ein Minimum. Ein weiterer
Nfchteil eines flachen Thermobimetalls liegt darin, daß seine Rückfederung bedeutend
größer ist als die einer gewölbten Scheibe.. Damit wird die Dimensionierung der
Druckfeder 7 kritisch, deren Kraft zwischen der Axialkomponente der Totpunktfedern
und der mechanischen Rückbiegung des Remperaturfühlers liegen
muß, um eine einwandfreie Freiauslösung zu gewährleisten.It would be conceivable to use a flat thermal bimetallic strip, which moves continuously according to the temperature, instead of a curved thermal bimetallic disk with jump characteristics. It is possible to equip the limiter with an adjustment option that is not possible with a curved disc. However, this has several disadvantages. The contact pressure of a dead center switch decreases the closer it approaches its dead center, in order to become completely zero when it is reached, a state that one is only forced to accept. In the case of a continuously operating temperature sensor, the switch would be operated continuously with a low contact pressure, since, for safety reasons, the response temperature should be close to the operating temperature. With a slow rise in temperature, the contact pressure would just as slowly go from this low value to zero before the switch opens Snapping over a thermo-bimetal disc, which covers a relatively long distance, brings the switch momentarily from one extreme position to the other and thereby shortens the critical switching phases to a minimum. Another disadvantage of a flat thermo-bimetal is that its springback is significantly greater than that a curved disc .. This makes the dimensioning of the compression spring 7 critical, its force between the axial component of the dead center springs and the mechanical bending back of the temperature sensor
must in order to ensure a perfect trip-free release.