DE2065212A1

DE2065212A1 - Elektrischer schalter

Info

Publication number: DE2065212A1
Application number: DE2065212*A
Authority: DE
Inventors: Frederick Thomas Bauer
Original assignee: Robertshaw Controls Co
Current assignee: Robertshaw Controls Co
Priority date: 1969-10-15
Filing date: 1970-06-13
Publication date: 1973-03-29
Also published as: DE2029327A1; DE2029327B2; FR2065807A5; US3624407A; DE2029327C3; GB1272335A; GB1272334A

Description

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Aktenzeichens P 20 65 212.4

Simicon Company, Holland, Michigan (USA)

Elektrischer Schalter

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter mit einem langgestreckten Bimetallkörper, der an seinem einen Ende mit einer Grundplatte verbunden ist und dessen anderes Ende einen Anschlag trägt, mit zwei Kontaktelementen, die an der Grundplatte befestigt sind und zwischen denen eine elektrisch
leitende Verbindung hergestellt ist, wenn eines der Kontaktelemente mit dem Anschlag in Eingriff steht, mit einem Heiz- g element zur Erwärmung des Bimetallkörpers, wodurch eine Ausbiegung des Bimetallkörpers zu bewirken und der Anschlag von dem Kontaktelement abzuheben ist und mit einem von Hand zu
bedienenden Betätigungselement, mit dem das Kontaktelement
mit dem Anschlag wieder in Eingriff zu bringen ist.

Solche elektrischen Schalter werden üblicherweise als Überlastschutzschalter benützt. Fließt ein genügend großer Überlastungsstrom eine genügend lange Zeit durch das Heizelement, so wird

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das Kontaktelement außer Eingriff mit dem Anschlag gebracht und die Kontaktelemente öffnen sich. Sie bleiben geöffnet, bis das Betätigungselement von Hand bedient wird.

Es besteht die Aufgabe, einen solchen Schalter einfach und billig so aufzubauen, daß Schwankungen der Umgebungstemperatur berücksichtigt werden und daß zum öffnen der Kontaktelemente unabhängig von solchen Temperaturschwankungen eine vorgegebene Erwärmung durch das Heizelement benötigt wird. Dies kann insbesondere bei Standorten für den Schalter wichtig sein, die großen Temperatur-* Schwankungen ausgesetzt sind, beispielsweise in Brennöfen, die für ein Kesselhaus vorgesehen sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Bimetallkörper aus einem ersten und einem zweiten Bimetallstreifen besteht, die an jeweils einem Ende miteinander verbunden sind, daß mit dem Heizelement nur der erste Bimetallstreifen erwärmbar ist und daß die Ausbiegungsrichtung des ersten und zweiten Biraetallstreifens bei Temperaturänderung so gewählt ist, daß mit einem Temperaturanstieg des zweiten Bimetallstreifens der Biegungsausschlag des Anschlags kompensierbar ist, der durch eine entsprechende Temperaturerhöhung des ersten Bimetallstreifens hervorgerufen ist*

Bei dem erfindungsgemäßen Schalter wird lediglich durch die einfache Befestigung des ersten Bimetallstreifens an einem zweiten ein Bimetallkörper gebildet, mit dem äußerst wirksam und ohne besonderen wirtschaftlichen Aufwand der Schalterbetrieb unab-

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hängig von Schwankungen der Umgebungstemperatur wird. Außerdem ist es mit der einzigen und einfach aufgebauten Einrastvorrichtung ohne weiteres möglich, eine manuelle Rückstellung vorzusehen. Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Kontaktelementen besteht daher nur dann, wenn das Öffnungskontaktelement in Eingriff mit dem Anschlag ist.

Das Betätigungselement kann ein Bolzen sein, der unter Einwirkung einer Handdruckkraft die Kontaktelementenacheinander erfaßt und der diese außer Kontakt hält, bis eines der Kontaktelemente mit dem Anschlag in Eingriff ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht der Bolzen aus Teilen mit unterschiedlichen Durchmessern, wobei sich an seiner Spitze ein stiftartiges Teilstück befindet, das durch eine öffnung im ersten Kontaktelement ragt und mit dem zweiten Kontaktelement in Eingriff zu bringen ist und wobei das erste Kontaktelement mit einer Schulter zu biegen ist, die von einem Teilstück des Bolzens mit größerem Durchmesser gebildet ist. Vorzugsweise ist das Betätigungselement mittels einer Feder oder eines äquivalenten elastischen EnergieSpeichers außer Eingriff mit den Kontaktelementen gehalten.

Bei einer besonders einfachen und geeigneten Ausführungsform ist die Grundplatte im wesentlichen U-förmig mit einem flachen Bereich und einem Paar von Schenkeln gestaltet, wobei der erste Bimetallstreifen an dem einen Schenkel im Abstand von dem flachen Bereich der Grundplatte befestigt ist. Vorzugsweise ist das von Hand zu bedienende Betätigungselement in der

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Stirnwand eines Gehäuses und in einem der Schenkel der Grundplatte gelagert. Um die Wirkung des Heizelementes auf den ersten Bimetallstreifen zu konzentrieren, ist das Heizelement vorzugsweise als Spule ausgebildet, die den ersten Bimetallstreifen umgibt.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Schalter anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Fig. 1 bis 4 * dargestellt ist. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Schaltungsplatine einer Hauptsteuerung für einen Brennofen, die verschiedene Bauelemente zeigt, einschließlich eines elektrischen Schalters gemäß der Erfindung;

Fig. 2 teilweise im Schnitt eine Teilansicht der Hauptsteuerung, mit der ein erfindungsgemäßer Bimetall-Schutzschalter illustriert ist* dessen Kontaktelemente geöffnet sind;

Fig. 3 teilweise im Schnitt die gleiche Teilansicht wie in Fig. 2, während des Zurücksteilens;

Fig. 4 teilweise im Schnitt einen größeren Ausschnitt des in Fig. 2 gezeigten Schutzschalters, wobei die Kontaktelemente in elektrisch leitender Verbindung sind.

Die in Fig. 1 gezeigte Hauptsteuerung enthält einen spannungserniedrigenden Transformator 12, einen Bimetall-Schutzschalter mit einer Heizspule 23, einen Triac Q1, ein Potentiometer R7 und einen Federschalter 25. Die Haüptsteuerung 10 ist mit dem Brenner eines nicht gezeigten Brennofens verbunden und ist zur Steuerung

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dieses Brenners vorgesehen. Ein Anschluß dieses Brenners ist über die Leitung L1 mit einer Energiequelle verbunden, während ein anderer Anschluß des Brenners mit einem Anschluß des Triac Q1 über die Leitung L2 verbunden ist. Ein anderer Anschluß des Triac Q1 ist über die Leitung L3 und eine Sicherung Fl ebenfalls mit der Energiequelle verbunden.

Die erwähnten Bauelemente sind auf der einen Seite einer Schaltungsplatine 65 befestigt, die auf einer Platte 66 in einem Gehäuse 67 angeordnet ist. Der Schutzschalter 20 besteht im wesentlichen aus einer Grundplatte 68, die auf der Platine 65 der Hauptsteuerung befestigt ist. Die Platine bzw. das Schaltbrett 65 besteht aus Kunststoff oder einem anderen geeigneten, nichtleitenden Material, dessen Festigkeit ausreichend ist, um den darauf ausgeübten Kräften zu widerstehen und um die Bauelemente der Hauptsteuerung sowie die benötigte elektrische Verdrahtung zu tragen. Die Grundplatte 68 ist im wesentlichen von der Seite her gesehen U-förmig ausgebildet und besitzt einen weitgehend flachen, horizontalen stegförmigen Teil 72, an den sich zu beiden Seiten nach oben stehende Schenkel 74 und 76 anschließen. An das obere Ende des einen Schenkels 74 ist eine Halteklammer 78 angenietet oder in anderer Weise befestigt, wie es die Fig. 2 zeigt. An der Halteklammer 78 ist das eine Ende eines BimetallStreifens 80 befestigt, dessen anderes Ende einen weiteren, im wesentlichen flachen Bimetallstreifen 82 trägt. Das freie Ende des Bimetallstreifens 82 ist mit einem Anschlag 84 versehen, der sich nach unten erstreckt und einen spitzen Winkel mit dem Bimetallstrelfen 82 bildet. Es sind zwei Kontaktelemente 86 und 88 ange-

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ordnet. Diese Kontaktelemente 86 und 88 sind Blattfedern, von denen jede eine Ausbiegung 90 bzw. 92 besitzt. Diese Kontaktelemente sind die normalerweise geschlossenen Kontakte des Schutzschalters 20. Die Kontaktfeder 86 besteht im wesentlichen aus einem nach oben stehenden Teil 94, an dem die Ausbiegung angeordnet ist, sowie einem weitgehend horizontal verlaufenden Teil 96, der mit dem flachen, stegförmigen Teil 72 der Grundplatte 68 durch eine Niete 100 verbunden ist. Dieser Teil 96 ist gegenüber der Grundplatte 68 durch einen nicht gesondert dargestellten Isolator elektrisch isoliert, der zwischen dem Teil 96 und dem flachen Bereich 72 der Grundplatte 68 liegt. Die Kontaktfeder 88 besteht ebenfalls im wesentlichen aus einem nach oben stehenden Teil 102, an dem die Äusbiegung 92 angebracht ist und aus einem im wesentlichen horizontal verlaufenden Teil 104, der ebenfalls über eine Niete 106 mit dem flachen Bereich 72 der Grundplatte 68 verbunden ist.

Wie die Fig. 4 zeigt, befindet sich in dem normalerweise herrschenden, geschlossenen Zustand das obere Ende 102 der Kontaktfeder 88 in Eingriff mit dem freien Ende des nach unten ragenden Anschlags 84 des Bimetallstreifens 82. Durch diesen Anschlag wird die Kontaktausbiegung 92 in Berührung und damit in elektrisch leitender Verbindung mit der Ausbiegung 90 der Kontaktfeder 86 gehalten. Um die Lage des Bimetallstreifens 82 justieren zu können, ist eine Einstellschraube 108 vorgesehen, die in einem Vorsprung 109 am Schenkel 74 der Grundplatte 68 eingeschraubt ist.

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Der Bimetallstreifen 80 biegt sich bei einem Temperaturanstieg nach oben, während der Bimetallstreifen 82 sich bei einem Temperaturanstieg nach unten biegt und somit als Kompensationselement bei Schwankungen der Umgebungstemperatur dient. Mit der Biegung des Bimetallstreifens 82 bei einem Temperaturanstieg wird daher dem Biegungsausschlag des Anschlages 84 begegnet, der durch eine äquivalente Temperaturerhöhung des Bimetallstreifens 80 bewirkt wird. Das Heizelement 23 umgibt den Bimetallstreifen 80. Es dient dazu, wie im folgenden im einzelnen noch erläutert wird, diesen Bimetallstreifen 80 zu heizen«' Bei einer durch das Heizelement 23 hervorgerufenen Erwärmung bewegen sich die Bimetallstreifen 80 und 82 nach oben, so daß das freie Ende des Anschlages 84 des Bimetallstreifens 82 vom oberen Ende der Kontaktfeder 88 abhebt. Die Kontaktfeder 88 bewegt sich nach der Freigabe nach rechts, wie in den Fig. 5, 6 und 7 gezeigt ist. Dadurch werden die normalerweise geschlossenen Kontakte der Fig. 1 geöffnet.

Zur Rückstellung des Schutzschalters, d.h. zur Zurückführung der Kontakte in ihre normalerweise geschlossene Stellung sind eigene Mittel vorgesehen, die im wesentlichen aus einem Bolzen 110 bestehen, der vorzugsweise aus Kunststoff oder einem anderen, elektrisch nichtleitenden Material gefertigt ist. Der Bolzen 110 ist gleitend in dem aufrechtstehenden Schenkel 76 der Grundplatte 68 und in der Stirnwand 112 des Gehäuses 67 der Hauptsteuerung 10 geführt. Zur Aufnahme des Bolzens 110 weisen der Schenkel 76 und die Stirnwand 112 jeweils öffnungen 116 bzw. 118 auf, die als Traglager für den Bolzen oder das Druckknopfelement

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110 dienen. Der Bolzen 110 ist aus Teilstücken mit unterschiedlichen Durchmessern aufgebaut. Er weist einen Druckknopf 120 auf, an dem sich ein hülsenartiger Bereich 122 anschließt, der mit dem Druckknopf 120 durch einen radial überstehenden Bund verbunden ist. Der Bund 124 ist in eine Ausnehmung 125 in der Stirnwand 112 eingebettet. Anschließend an den hülsenartigen Bereich 121 befindet sich ein Teilstück 126 mit geringerem Durchmesser, das in einen weiteren Abschnitt 128 mit noch geringerem Durchmesser übergeht. Das Teilstück 126 erstreckt sich durch eine Öffnung 116 in dem Schenkel 76, während der anschließende stiftartige Abschnitt 128 durch eine Öffnung 130 in der Kontaktfeder 88 hindurchragt und mit dem oberen Teil 94 der anderen Kontaktfeder 86 in Eingriff treten kann. Zwischen dem Schenkel 76 der Grundplatte 68 und dem Bund 124 des Bolzens 110 ist eine Feder angeordnet, die den Bolzen 110 in Richtung auf die Stirnwand 112 drückt. Durch diese Ausbildung können die Ausbiegungen 90 und 92 aus der geöffneten Stellung, die in Fig. gezeigt ist, in ihre normale, geschlossene Stellung zurückgestellt werden, indem von Hand auf den Druckknopf 120 des Bolzens 110 in Richtung nach links gedrückt wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die zwischen den im Durchmesser unterschiedlichen TeilstUcken 126 und 128 ausgebildete Schulter 127 des Bolzens berührt dann die Kontaktfeder 88, während das stiftartige Teilstück 128 des Bolzens 110 durch die Öffnung 133 dieser Kontaktfeder 88 hindurchtritt und auf die Kontaktfeder 86 drückt. Dadurch werden beide Kontaktfedern 86 und 88 nach links bewegt und in die in Fig. 3 eingezeichnete Stellung gebracht. Während des Zurückdrückens gleitet das obere Ende der Kontaktfeder

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an der Außenseite des schräg nach unten stehenden Anschlages 84 des Bimetallstreifens 82 entlang, hebt dabei den Bimetallstreifen 82 an und geht darunter hinweg. Anschließend befinden sich die Kontaktfedern 86 und 88 und der Bimetallstreifen 82 in der in Fig. 3 gezeigten Stellung., Das Schließen der Kontaktnocken 90 und 92 wird durch die Freigabe des Druckknopfes 120 des Bolzens 110 bewirkt, wobei der Bolzen 110 durch die Feder 132 in seine Ruhestellung zurückgedrückt wird, die in Fig. 4 illustriert ist. In dieser Ruhestellung liegt der Bund 124 an der Stirnwand 112 des Gehäuses 67 an. Die Kontaktfedern 86 und 88 bewegen sich nun ebenfalls wieder nach rechts, wie die Fig. 4 zeigt. Dabei wird jedoch das obere Ende 102 der Kontaktfeder 88 von dem schräg nach unten ragenden freien Ende des Anschlages 84 des Bimetallstreifens 82 gestoppt. Dadurch schließen sich die Kontaktnippel 90 und 92 und bleiben solange geschlossen, bis der Schalter erneut durch eine Aufwärtsbewegung des Bimetallstreifens 82 geöffnet wird.

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Claims

Patent-(Schutz«)Ansprüche

1. Elektrischer Schalter mit einem langgestreckten Bimetallkörper, der an seinem einen Ende mit einer Grundplatte verbunden ist und dessen anderes Ende einen Anschlag trägt, mit zwei Kontaktelementen, die an der Grundplatte befestigt sind und zwischen denen eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt ist, wenn eines der Kontaktelementemit dem Anschlag in Eingriff steht, mit einem Heizelement zur Erwärmung des Bimetallkörpers, wodurch eine Ausbiegung des Bimetallkörpers zu bewirken und der Anschlag von dem Kontaktelement abzuheben ist und mit einem von Hand zu bedienenden Betätigungselement, mit dem das Kontaktelement mit dem Anschlag wieder in Eingriff zu bringen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallkörper aus einem ersten und einem

an zweiten Bimetallstreifen (80, 82) besteht, die/Jeweils einem Ende miteinander verbunden sind, daß mit dem Heizelement (23) nur der erste Bimetallstreifen (80) erwärmbar ist, und daß die Ausbiegungsrichtung des ersten und zweiten Bimetallstreifens bei Temperaturänderung so gewählt ist, daß mit einem Temperaturanstieg des zweiten Biraetallstreifens (82) der Biegungsausschlag, des Anschlags (84) kompensierbar ist, der durch eine entsprechende Temperatur-Erhöhung des ersten Birne tails treiferiij hervorgerufen ist.

2, Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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daß das Betätigungselement ein Bolzen (110) ist, der unter Einwirkung einer Handdruckkraft die Kontaktelemente (86, 88) nacheinander erfaßt und der diese außer Kontakt hält, bis eines der Kontaktelemente mit dem Anschlag (84) in Eingriff ist.

3. Elektrischer Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (110) aus Teilen (126, 128). mit unterschiedlichen Durchmessern besteht, daß sich an seiner Spitze ein stiftartiges Teilstück (128) befindet, das durch eine öffnung im ersten Kontaktelement (88) ragt und mit dem zweiten Kontaktelement (86) in Eingriff zu bringen ist und daß das erste Kontaktelement mit einer Schulter (127) biegbar ist, die von einem Teilstück (126) des Bolzens mit größerem Durchmesser gebildet ist.

4. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (110) mittels eines elastischen Enegiespeichers (132) außer Eingriff mit den Kontaktelementen (88, 86) gehalten ist.

5. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (68) im wesentlichen U-förmig mit einem flachen Bereich (72) und einem Paar von Schenkeln (74, 76) gestaltet ist, wobei der erste Bimetallstreifen (80) an dem einen Schenkel (74) im Abstand von dem flachen Bereich (72) der Grundplatte (68) befestigt ist.

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6. Elektrischer Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (110) in der Stirnwand eines Gehäuses (67) und in einem der Schenkel (76) der Grundplatte (68) gelagert ist.

7· Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet» daß das Heizelement (23) eine Spule enthält, die den ersten Bimetallstreifen (80) umgibt.

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