DE2150311B2 - Temperaturabhängiger, elektrischer Schalter mit einem bimetallischen Steuerorgan - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen temperaturabhängigen elektrischen Schalter mit einem bimetallischen Steuerorgan, dessen Auslenkung elektromagnetisch beeinflußbar ist.

Schalter der eingangs genannten Art sind bekannt. So wird beispielsweise in der DT- PS 4 71 946 ein magnetisch-thermisches Überstromrelais beschrieben, bei dem ein Kontakte betätigender Magnetkern von einem Bimetallstreifen so lange in Richtung auf einen Elektromagneten bewegt wird, bis dessen Anziehungskraft den Anker schlagartig anzieht.

Aus der DT-PS 6 58 840 ist ein Temperaturregler bekannt, bei dem ein Kontakte schließender Bimetallstreifen so lange unter der eine Vorspannung im Bimetall erzeugenden Magnetkraft eines Elektromagneten steht, bis die Kontakte geschlossen sind.

In der CH-PS 3 10 338 wird ein elektrischer Regler beschrieben, dessen Schaltglied unter der Wirkung eines Elektromagneten steht und bei einer bestimmten, von diesem herrührenden Feldstärke von ihm angezogen wird. Dadurch ist ein Stromkreis so lange unterbrochen, bis die Federkraft, unter der das Schaltglied steht, größer als die allmählich nachlassende Magnetkraft ist.

Aus der DT-OS 18 03 433 ist ein magnetisch gesteuertes Thermorelais bekannt, bei dem die Kontaktbewegung mittels einer Crregerspule beeinflußbar ist. Die beiden Kontakte liegen dabei unmittelbar im Wirkungsbereich des Magneten.

Insbesondere mit der Vorrichtung nach der DT-OS 18 03 433 ist es möglich, von einem vom Thermorelais räumlich entfernten Ort aus durch Variation des durch die Magnetspule fließenden Stroms den Schaltpunkt des Thermorelais zu ändern.

Allen bekannten Vorrichtungen ist gemeinsam, daß die Schaltelkontakte unmittelbar bzw. mittelbar im Magnetkreis liegen und diesen beeinflussen. Da die Schaltflächen von Kontakten, die elektrische Leitung schalten, starkem Materialabbrand unterliegen, ander sich durch den an der Abbrandstelle entstehenden er höhten magnetischen Widerstand der magnetisch« Fluß erheblich. Dies hat zur Folge, daß sich der einen bestimmten Schaltpunkt entsprechende Strom durcF die Magnetwicklung, bezogen auf die verwendeter Temperaturwerte, ständig ändern muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einer temperaturabhängigen elektrischen Schalter zu schaf fen, der große Konstanz seiner Temperaturabhängigkeit aufweist und der ein bimetallisches, elektromagnetisch beeinflußbares Steuerorgan enthält Seine Temperaturabhängigkeit soll über einen längeren Zeitraum hinweg so groß sein, daß z. B. die Temperatureichung eines variablen elektrischen Widerstandes erhalten bleibt. Erfindungsgemäß wird die vorstehend genannte Aufgabe dadurch gelöst daß das bimetallische Steuerorgan über einen Stößel auf einen beweglichen Kontakt einwirkt der außerhalb des magnetischen Kraftfeldes eines das bimetallische Steuerorgan beeinflussenden Elektromagneten angeordnet ist.

Der Erfindungsgegenstand weist gegenüber den bekannten Vorrichtungen den Vorteil auf, daß sich seine Temperaturabhängigkeit auch bei ständigem Gebrauch über einen längeren Zeitraum hinweg praktisch nicht ändert, so daß die temperaturmäßige Eichung an einem den Stromfluß durch den Elektromagneten bestimmenden, veränderbaren Widerstand bzw. an einem verschiedene Festwiderstände aufweisenden Stufenschalter nicht geändert zu werden braucht.

Der temperaturabhängige Schalter wird an Hand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch den Schalter mit einem streifenförmigen Bimetall,

F i g. 2 einen Schnitt durch den Schalter mit einem scheibenförmigen Bimetall,

F i g. 2a eine Draufsicht auf ein scheibenförmiges, kontinuierlich sich durchbiegendes Bimetall,

F i g. 3 einen Schnitt durch eine weitere Ausführung des Schalters mii scheibenförmigem Bimetall,

F i g. 4 einen Schnitt durch eine weitere Ausführung des Schalters mit einem Klappankermagneten,

F i g. 5 den Stromlauf einer Betätigungseinrichtung für den Schalter,

F i g. 5a in Ergänzung zu der Ausführung nach F i g. 5 einen Mehrstufenschalter,

F i g. 6 einen weiteren Stromlauf der Betätigungseinrichtung für den Schalter,

F i g. 7 einen Stromlauf einer Betätigungseinrichtung für den Schalter mit elektromagnetischer Rückstellung des Bimetalls,

F i g. 8 einen weiteren Stromlauf mit elektromagnetischer Rückstellung des Bimetalls, insbesondere zur Verwendung bei Gleichstromversorgung.

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß ein fest eingespanntes Bimetallstück 1 über einen Stößel 14 einen beweglichen Kontakt 8 in Richtung auf einen Festkontakt 10 bewegen kann. Der Stößel 14 kann am beweglichen Kontakt 8 oder am Bimetallstück 1 angebracht sein. Die Durchbiegung des Bimetallstücks 1 wird zum Schließen der Kontakte 8 und 10 bei einer ganz bestimmten Temperatur führen. Ein Elektromagnet 3 kann das Bimetallstück 1 beeinflussen, sobald an die Klemmen 4 und 5 des Elektromagneten 3 eine Spannung angelegt wird, und ein Strom in der Wicklung des Elektromagneten 3 fließen kann. Das Bimetallstück 1 wird durch den Elektromagneten 3 festgehalten, so daß die Kontakte 8 und

10 erst bei einer höheren Temperatur schließen, als dies bei nicht erregtem Elektromagneten 3 der Fall wäre. Sobald bei steigender Biegekraft im Bimetallstück 1 die Haltekraft des Magneten nicht mehr ausreicht, das Bimetallstück 1 zu halten, schnappt es vom Elektromagneten 3 weg und schließt die Kontakte 8 und 10.

Zur Unterstützung der Haltekraft durch den Elektromagneten 3 kann auf dem Bimetallstück 1 ein Polstück 15 angebracht sein.

An Hand der Fig.2 wird eine andere Ausführungsform des temperaturabhängigen Schalters beschrieben. Der am Festkontalu 10 anliegende bewegliche Kontakt 8 wird über einen Stößel 14 von einer bimetallischen Scheibe 2 bei deren Erwärmung vom Festkontakt 10 abgehoben. Dies geschieht mit der dargestellten birnetallischen Scheibe 2 an sich schon bei einer bestimmten Temperatur schlagartig. Der Temperaturpunkt, bei dem das Öffnen der Kontakte 8, 10 geschieht, kann durch Erregen eines um den Stößel 14 herum angeordneten Elektromagneten 3, der die bimetailische Scheibe

2 festhält, zu höheren Temperaturen hin verschoben werden. Wenn nämlich der Magnet 3 erregt wird, wird ein am Stößel 14 befestigtes Polstück 9 vom Magneten

3 angezogen, wodurch die Schnappbewegung der bi metallischen Scheibe 2 erst bei einer höheren Temperatür wirksam wird. Der Elektromagnet 3 wird über seine Anschlußklemmen 4 und 5 mit Strom versorgt.

Sofern man an der sehr starken Schnappwirkung der bimetallischen Scheibe 2 selbst nicht interessiert ist, brauchen lediglich Schlitze 11 (F i g. 2a) in der bimetallischen Scheibe 2 vorgesehen zu werden. Ein Schnappen der Scheibe 2 wird dann nur noch bei Überwindung der Haltekraft des Elektromagneten 3 durch die Scheibe 2 bewirkt

An Hand der F i g. 3 wird ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Anordnung nach F i g. 2 erläutert. Hierbei liegt der Elektromagnet 3 — von den Kontakten 8, 10 aus gesehen — jenseits der bimetallischen Scheibe 2. Seine Wirkung wird gegebenenfalls durch ein Polstück 15 erhöht. Ansonsten arbeitet das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 genau wie das der F i g. 2.

Aus Fig.4 geht hervor, daß auch ein Klappankermagnet, der im folgenden ebenfalls als Elektromagnet 3 bezeichnet wird, verwendet werden kann. Auf einer isolierenden Montageplatte sind sowohl der Elektromagnet 3, der bewegliche Kontakt 8 und der Festkontakt 10 sowie das Bimetallstück 1 angebracht. Zwischen dem Anker 12 des Elektromagneten 3 und dem Bimetallstück 1 liegt wiederum ein Stößel 14, der bei Durchbiegung des Bimetallstücks 1 ein öffnen des beweglichen Kontaktes 8 bewirkt. Sobald der Elektromagnet 3 über die Klemmen 4 und 5 mit elektrischem Strom versorgt wird, wird der Temperaturpunkt, bei dem die Kontakte 8, 10 öffnen, zu höheren Temperaturen hin verschoben.

An Hand der F i g. 5 wird eine Betätigungseinrichtung für den Elektromagneten beschrieben. Der Elektromagnet 3 erhält Strom aus einem Netz 6 über einen veränderbaren Widerstand 7 und eine Diode 18. Auf die Veränderbarkeit des Widerstandes 7 kann verziehtet werden, wenn nur zwei Temperaturen verwendet werden. Für diesen Fall ist ein Schalter 24 vorgesehen, welcher den durch die Wicklung des Elektromagneten 3 fließenden Strom ein- und ausschaltet. Sofern auf den Schalter 24 verzichtet wird, verwendet man eine Brükke 25. Aus der Fig.5a ist außerdem ersichtlich, daß man anstatt des Schalters 24 bzw. der Brücke 25 einen Stufenschalter verwenden kann, der aus dem Schalter 24 und mehreren Widerständen 30, 31, 32 besteht Sowohl den EIN-AUS-Schalter als auch den Stufenschalter kann man auch zusammen mit dem veränderbaren Widerstand verwenden.

Mit dem veränderbaren Widerstand 7 (F i g. 5) kann — räumlich gesehen — von jeder beliebigen Stelle aus eine bestimmte Temperatur am Schalter vorgewählt werden, bei welcher der Schalter öffnet bzw. schließt. Sofern der veränderbare Widerstand 7 zusammen mit dem Schalter 24 zur Anwendung kommt ist es möglich, durch ein Ein- und Ausschalten des Schalters 24 zwischen zwei bestimmten Schalttemperaturen zu wählen, von denen mindestens eine durch den veränderbaren Widerstand 7 vorgewählt wurde. Mit dem erwähnten Stufenschalter 24,30,31,32, der selbstverständlich auch mehr Stufen aufweisen kann, ist es möglich, mehr als zwei Schalttemperaturen einzustellen.

Aus der F i g. 6 geht eine etwas aufwendigere Stromversorgung für den Elektromagneten 3 hervor. Die Stromversorgung besteht im wesentlichen aus einem Vorwiderstand 17, einer Zenerdiode 16, einer Diode 18 und einem Glättungskondensator 20. Gegebenenfalls kann außerdem noch ein Siebkondensator 19 in an sich bekannter Weise verwendet werden, außerdem ist der veränderbare Widerstand 7 vorhanden. Neben dem Widerstand 7 oder anstatt dieses Widerstandes kann ebenso — wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 — ein Schalter zur Anwendung kommen.

An Hand der F i g. 7 wird ein mit Wechselstrom arbeitender Stromlauf beschrieben, der es außerdem ermöglicht, eine elektromagnetische Rückstellung des durch ein Absenken der Temperatur noch nicht wieder in seine Ausgangslage zurückgekehrten Bimetalles durchzuführen. Hierzu ist parallel zum veränderbaren Widerstand 7 ein Schalter 22 vorgesehen, der es ermöglicht, durch eine vergrößerte Erregung am Elektromagneten 3 das Bimetall in seine Ausgangslage zurückzuziehen. Damit der Elektromagnet 3 nicht überlastet wird, sollte das Einschalten der verstärkten Erregung des Elektromagneten 3 nur kurzzeitig erfolgen. Außerdem empfiehlt sich die Verwendung eines Schutzwiderstandes 23 in Reihe mit dem Schalter 22, um den Strom durch den Elektromagneten 3 in zulässigen Grenzen zu halten.

Aus F i g. 8 geht hervor, daß es bei Verwendung von Gleichstrom für den Elektromagneten 3 an sich besser wäre, für die Zurückstellung des Bimetalls einen Kondensator 26 in Reihe zu dem Schalter 22 vorzusehen.

Zur Rückstellung des Bimetalls ist eine große Kraft notwendig. Der Elektromagnet 3 müßte demnach sehr groß sein. Da der Rückstellvorgang aber nur Sekundenbruchteile dauert kann man seine Überlastung durch kurzzeitiges Einschalten erreichen. Man muß dem Elektromagneten 3 (Fig. 7, 8) für eine äußerst kurze Zeit einen hohen Strom für die Rückstellung geben.

Ein kurzer Stromstoß wird durch den erwähnten Kondensator 26 erzeugt, der über den Elektromagneten 3 beim Schließen des Schalters 22 aufgeladen wird. Üie Zeitkonstante, die sich aus der Wicklung des Elektromagneten 3 und dem Kondensator 26 ergibt, ist so zu wählen, daß der gewünschte kurze Stromstoß entsteht. Ein zum Kondensator 26 parallel gelegter Widerstand 27 dient der Entladung des Kondensators 26. Dies ist nötig, damit ein weiterer Rückstellvorgang stattfinden kann.

Bei der elektromagnetischen Rückstellung wird das bimetall jeweils an den erregten Elektromagneten 3

herangeführt (F i g. 7,8), wo es dann von diesem festgehalten wird.

Bei allen Ausführungsbeispielen nach den F i g. 1, 2,3 und 4 ist wahlweise die Verwendung von Arbeits- und Ruhekontakten sowie der Einsatz von Mehrfachkontaktsystemen möglich.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Temperaturabhängiger elektrischer Schalter mit einem bimetallischen Steuerorgan, dessen Auslenkung elektromagnetisch beeinflußbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das bimetallische Steuerorgan (1, 2) über einen Stößel (14) auf einen beweglichen Kontakt (8) einwirkt, der außerhalb des magnetischen Kraftfeldes eines das birnetallische Steuerorgan beeinflussenden Elektromagneten (3) angeordnet ist

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschalten der Erregung des Elektromagneten (3) über einen Schalter (24) bzw. einen Stufenschalter mit ver^cchiedenen Vorwiderständen oder/und über einen veränderbaren Widerstand (7) erfolgt

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgelenkte Bimetall (1, 2) durch entsprechend große Erregung des Elektromagneten (3) rückstellbar ist.

4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellung des Bimetalls (1, 2) mit einem hohen Stromimpuls durch Aufladung eines Kondensators (26) erfolgt.