DE2159822A1 - Ueberlast-unterbrecherschalter mit fremdheizung - Google Patents

Description

DipL-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · 62 Wiesbaden · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 12068 · Telefon (06121) 56 5382

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so daß der Kontakt den es trägt, elektrisch mit einer elektrischen Einrichtung verbunden sein kann, die um das termisoh ansprechende Betätigungsglied für die Hauptkontakte des Schalters gewickelt ist. Trotzdem kann der Hilfskontaktarm an dem elektrisch leitfähigen Gehäuse oder Chassis angebracht sein, ohne das Betätigungsglied für die Hauptkontakte, daß sperrfreie Arbeiten und lastfreie Wiedereinschalten des Unterbrechers nachteilig zu beeinflussen.

Hintergrund der Erfindung

Stromunterbrecher, die dazu ausgebildet sind, den Stromkreis durch elektrische Geräte, Fernsehempfänger oder dgl. aufgrund einer elektrischen Überlast zu unterbrechen, sind bereits bekannt. Solohe Überlastschutzschalter sind herkömmlich mit Einrichtungen zum etarrfreien Arbeiten ausgerüstet. Diese sperrfreie Arbeitsweise verhindert, daß der Benutzer eines den Stromkreis überlastenden Gerätes die Kontakte des Überlast-Unterbrechersehalters auch bei Überlast von Hand in geschlossenem Zustand hält, entweder durch Festhalten oder Festklemmen des Rückstellknopfes in Betätigungsstellung» In herkömmlicher Weise ist diese Einrichtung dadurch gebildet, daß der Rückstellmechanismus so eingerichtet ist, daß dia Unterbrecherkontakte so lange in offener Stellung blockiert werden, bis der Hüokstellknopf losgelassen wird (vergl. US-PS 2 948 787).

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#Da bei Überlast-Schutzvorrichtungen dieser Art die schnelle Ansprechweise der thermisch ansprechenden Elemente eine Hauptforderung ist, muß üblicherweise ein Bimetallstreifen, der auf die von einem elektrischen Überlaststrom erzeugte Hitze anspricht, ein Minimum von thermischem Trägheitsmoment aufweisen. Dies bedeutet im Pail eines Bimetallstreifens eine relativ geringe Masse. Ein empfindliches, schnell ansprechendes Bimetallelement geringer Masse hat aber nur ein relativ geringes Verhältnis von Kraft zu Terformung bzwo Arbeitsleistung pro Einheitänderung. Diese geringe Arbeitsleistungsoharakteristik steht der Forderung entgegen, den Schalter mit schweren Hochleistungskontakten auszurüsten, die es gestatten, hohe überlastströme zu schalten, ohne Bilden von Lichtbögen und die Gefahr der Kontaktverschweißung«. Ein Teil der Gefahr von Lichtbogen und Kontaktverschweißung kann ausgeschaltet werden, wenn das Schließen der Kontakte erfolgt, nachdem der Rückstellknopf freigelassen wird, während kein elektrisches Potential über den Kontakten herrscht. Bei den herkömmlichen sperrfreien Überlastschaltern werden die Kontakte zwar bei eingedrücktem Rückstellelement noch in offenem Zustand haltenc Wenn aber das Rückstellelement freigegeben· wird^ und die Überlastverhältnisse noch nicht aufgehoben sind, werden dann die Kontakte mit vollem Überlaatstrom wieder eingelegt. Die relativ massiven, Hochleistungskontakte, die für eine Betriebsweise solcher Art notwendig sind, erfordern schwerere thermische ansprechende Bimetallelemente, und es

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muß demzufolge die Schnelligkeit des Ansprechens geopfert werden.

Es ist deshalb zu erstreben, einen Überlast-Unterbrecherschalter zu schaffen, bei dem ein Hilfskontakte-Paar mit dem Hauptkontakte-Paar des Unterbrechers in Reihe angeordnet ist. Diese Hilfskontakte werden mechanisch so lange offen gehalten, α wie der Rückstellknopf eingedrückt wird. Um einen Unterbrecher mit lastfreien Einschalten zu bilden. Die Hauptkontakte werden wieder geschlossen, ohne daß ein Potential über ihnen liegt, wenn der RUckstellknopf eingedrückt wird. Beim Loslassen des Rückstellknopfes werden die Hilfskontakte wieder geschlossen, über denen das Potential liegt. Da aber diese Hilfskontakte im Unterschied zu den Hauptkontakten des Unterbrechers nicht durch ein relativ leichtes Bimetallelement zu betätigen sind, können diese massiv und von einem Hochleistungstyp sein, ohne Einbuße an der kurzen Ansprechzeit des Unterbrechers.

Dieser Aufbau hat die oben angeführten Vorteile. Wo jedoch eine elektrische !Fremdheitseinrichtung benutzt wird, um den Bimetallstreifen zu erhitzen, anstatt der Eigenerhitzung durch Durchführen des Stromes durch den Bimetallstreifen selbst, treten Schwierigkeiten in der elektrischen Anordnung auf.Die Benutzung der Fremdheitseinrichtung für den Bimetallstreifen ist erwünscht, wenn in Hetzen höherer Spannung, beispielsweise

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220 Volt, Schutzschalter vorgesehen werden sollen, die bei relativ geringer elektrischer leistung ansprechen sollen, also nur ein relativ kleiner, elektrischer Strom zum Aufheizen des Bimetallstreifens zur Verfügung steht. Die erwähnten Schwierigkeiten in der elektrischen Anordnung kommen ' von der Notwendigkeit her, die Heizeinrichtung elektrisch isoliert von dem Schalterohassis bzw. -gehäuse^ zu halten. Wenn es nioht so isoliert ist, muß das Chassis,das üblicherweise aus elektrisch leitfähigem Metall besteht, schwierige elektrisch isolierte Schwenklagerungeii sowohl für den Bimetallstreifen als auch den die Hilfskontakte betätigenden Streifen enthalten, weil sonst das Chassis während des Rückstellens der Hauptkontakte die Hilfskontakte kurz schließen und damit das lastfreie Zurückstellen unmöglich machen würde.

Der Erfindungsgedanke

Gemäß der Erfindung wird ein aus Segmenten aufgebauter Arm oder Streifen benutzt, dessen den Hilfskontakt tragendes Ende vom übrigen Seil des Streifens elektrische isoliert ist, der für schwenkbare besserkanten Lagerung das Metallohassis bzw, -tgehäuse des Schalters berührt. Das Chassis bildet nicht einen !eil des Stromkreises durch die Heizeinrichtung und den Hilfskontaktensatz und Hauptkontaktesatz, so daß die schwenkbar gelagerten Arme oder Streifen für diese Kontakte direkt mit dem

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chassis in Berührung sein können, ohne daß elektrisch isolierende lagerungen für die Streifen benötigt würden. Da ferner das Chassis bzw. Gehäuse nicht im Stromkreis durch die Einrichtung liegt, kann es auch nicht die Hilfskontakte während des Rückstellvorganges kurz schließen und das notwendige lastfreie Rückstellen wird erhalten·

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Figur 1 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Überlast-Unterbreohersehalters mit Einrichtungen gemäß der Erfindung, bei der das thermisch ansprechende Element in seiner Überlaststellung bzw. ausgerückten Stellung gestrichelt dargestellt ist.

figur 2 ist eine ähnliche Darstellung wie Figur 1, die jedoch die Rückstellelemente in Betätigungsstellung zeigen, um die Unterbrechungskontakte wieder zu schließen.

Figur 3 ist ein schematisohes Schaltbild, daß die elektrische Sohaltung der Vorrichtung wiedergibt.

In der Zeichnung ist mit dem Bezugszeichen 10 eine Grundplatte auf elektrisch isolierendem Material bezeichnet, auf der ein Metallohassis oder Gehäuse mit einer Deckelplatte 11, Endplatten 12 und 13 und eiiEC Seitenplatte 14 angebracht ist. Die Seitenplatte 14 ist an !Teilen ausgeschnitten, wie dies .

angedeutet ist. Ein Schutzgehäuse, das in gestrichelten Linien

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angedeutet und mit 15 bezeichnet ist, nimmt das Chassis auf. Durch die Grundplatte 10 und auf dieser angebracht, ist ein elektrisch leitendes Element, dessen eines Ende 16 als feststehender Hauptkontakt des Unterbrecherschalters ausgebildet ist, während das andere Ende 17 des leitfähigen Elementes sich nach außen aus dem Gehäuse erstreckt und eine Anschlußklemme bildet.

Die Deckelplatte 11 des Gehäuses ist mit einer Öffnung 18 versehen, deren einen Rand einen Clip aus Bimetallmaterial aufnimmt, der dazu ausgebildet ist, sich unter dem Einfluß von Themperatur im Sinne des in Figur 1 wieäergegebenen Pfeiles zu verformen. Zwischen dem unteren Ende des ölip 19 und einem entsprechend genuteten oder geschlitzten Teil der Gehäuseendwand 12 ist ein umspringendes Element 21 aufgehängt, das ganz oder teilweise aus Bimetall geformt und dazu ausgebildet ist, bei einer Zunahme seiner Themperatur im Sinne des in Figur 1 gezeigten Pfeiles nach oben umzuspringen. Eine % elektrische Heizeinrichtung 20 ist um das Bimetall-Schaltelement 21 gewickelt, und Drähte 20a und 20b verbinden die beiden Enden der Heizeinrichtung mit dem Element 23 und dem freien Ende 32 des Elementes 31» die weiter unten im einzelnen erläutert werden.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, wird das Schaltelement 21 unter elastischer Verformung durch zusammendrückende Spannung gehalten, und wenn die Themperatur des thermisch ansprechenden

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Bimetalls einen vorher bestimmten Punkt erreicht, springt das Schaltelement von seiner in Figur 1 in vollen Linien dargestellten einen stabilen Lage in die in Figur 1 in gestrichelten Linien dargestellten zweite stabile Lage um, während der durch die Heizeinrichtung 20 laufende elektrische Überlaststrom dafür sorgt, daß die Temperatur ausreichend ansteigt, um das Schaltelement 21 umschnappen zu lassen. Änderungen in der Umgebungstemperatur werden durch den Clip 19 kompensiert, der bei erhöhter Umgebungstemperatur die zusammendrückende Spannung auf dem Schaltelement erhöht und auch dadurch die Ansprechtemperatur zum Umsohnappen des Schaltelements erhöht.

Vom mittleren Teil des Schaltelementes 21 erstreckt sich ein Streifen 23 nach, unten, der an seinem freien Ende dazu ausgebildet ist, einen beweglichen Kontakt 24 darzustellen, der mit dem feststehenden Kontakt 16 zusammenwirkt. Die Kontakte 24 und 16 bilden die Hauptkontakte des Unterbrecherschalters.

Wie bereits erwähnt, hat die Seitenwand 14 einen beträchtlich ausgeschnittenen Teil, wie es bei 14a in Figur 1 angedeutet ist. In diesen ausgeschnittenen Teil 14 a erstreckt sich im wesentlichen in der Ebene der Seitenwand 14 ein Element 25. Das elektrisch leitfähige Element 25 hat einen unteren Teil 25a, der sich durch die Grundplatte 10 erstreckt und eine in gleicher Weise wie die Klemme 17 ausgebildete Anschlußklemme

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darstellt. Das obere Ende des Elementes 25 ist im rechten Winkel zu seinem übrigen Teil abgebogen und erstreckt sich in das Innere des Gehäuses bzw. Chassis, um einen elektrischen Kontaktteil 25b zu bilden.

•Die Rückstelleinrichtung zum Rückführen des Schaltelementes 21 von seiner in gestrichelten Linien dargestellten Lage (vergl. auch Pig. 2) enthält einen Rüokstellajbift 26, der frei g innerhalb einer Öffnung in der Deckenplatte 11 und im Gehäuse 15 aufgenommen ist und eine Schulter 26a aufweist, die ein vollständiges Herausziehen aus dem Gehäuse 15 verhindert* Ein abgesetzter Spitzenteil 27 des Stiftes erstreckt sich frei durch eine Öffnung der Deckenplatte 11, wobei die Schulter 29 die Einführungstiefe des Stiftes in das Gehäuse bzw. Chassis begrenzt·

Ein aus Segmenten aufgebauter nachgiebiger Streifen 31 erstreckt sich unter der unteren Fläche der Deckenplatte 11 und durch die Öffnung 18 aus dem Gehäuse heraus. Der sich außerhalb des Gehäuses erstreckende Teil 31 a des Streifens ist in einer nach oben vorstehenden Form ausgebildet und das Ende 31b des Streifens ist verjüngt und erstreckt sich durch einen entsprechenden Schlitz im benachbarten Teil der Deckenplatte 11. Da der Streifen nachgiebig ist, ist der abgesetzte Teil 31 a so geformt, daß der Streifen als Feder gegen den in figur 1 links gezeigten Rand der Öffnung 18 gedrückt wird und

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in Berührung mit der Spitze 27 des Rüokstellstiftes» _ Das freie Ende 32 des Streifens 31 wird, wie die Figur 1 zeigt, durch die Federwirkung des länglichen Elementes in Berührung mit der Fläche des Flanschteiles 25b des Elementes 25 gedrückt. Zwischen dem freien Ende 32 und dem übrigen Teil des Streifens 31 ist ein Abschnitt 32a eingesetzt, der aus elektrisch isolierendem Material gebildet ist. Dieser Abschnitt 32a des Streifens dient als elektrische Isoliation des freien Endes 32 vom übrigen Teil des Streifens 31.

Der elektrische Stromkreis, durch den Unterbreoherschalter ist in Figur 3 wiedergegeben und verläuft von der Anschlußklemme 17 über die Kontakte 16 - 24, der Streifen 23 und durch die Heizeinrichtung 20. Der Stromkreis verläuft dann weiter über den Draht 20b zum freien Ende 32 des Streifens 31, dann über den Flansch 25b und das Element 25 zur anderen Klemme -25a. Der Flansch 25b und das Ende 32 dienen als ein Satz von Hilfskontakten, der in Reihe mit den Hauptkontakten 24 - 16 angeordnet ist.

Im Betrieb veranlaßt bei Auftreten eines Überlaststromes durch die Kontakte 16-24 die Heizeinrichtung 20 das Schaltelement von seiner in vollen Linien dargestellten Stellung der Figur 1 in die Stellung umzuspringen, die gestrichelt angedeutet iäs. Wie aus Figur 2 ersichtlich, wird durch die Berührung des

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Schaltelementes durch die untere Fläche des Streifens 31 beim Eindrücken des Rückstellstiftes 26 das Schaltelement verschoben und veranlaßt, wieder in diejenige stabile Stellung zurückzuspringen, in der die Kontakte 16 - /24 geschlossen sind» Aus dem Vergleich der Figuren-1, 2 und 3 ist es ersichtlich, daß bei eingedrücktem Rüokstellstift und daraus sich ergebender elastischer Verformung des Streifens 31 die Kontaktflache 32 vom Kontaktflansch 25b getrennt ist, so daß die Hilfskontakte 25b - 32 geöffnet sind, so lange der Stift 26 eingedrückt ist und das Schaltelement von seiner in Figur 2 gestrichelt dargestellten stabilen Lage in die in vollen Linien dargestellte stabile Lage bewegt wird und die Kontakte 16-24 geschlossen werden. Wenn der Rückstellknopf in eingedrückter Lage gehalten wird, bleiben die Kontakte 32 und 25b geschlossen und es besteht keine elektrische Verbindung zwischen den Klemmen 25a und 17. Die Hauptkontakte 16 und 24 werden so stets unter offenen Stromkreisbedingungen wieder geschlossen und der Schalteraufbau ist belastungsfrei insofern, als der Stromkreis durch den Schalter so lange geöffnet gehalten wird, wie der Rtickstellknopf in betätigter oder eingedrückter Lage gehalten wird. Wenn der Rückstellknopf losgelassen wird, bewegt die durch die elastische Verformung des Streifens 31 erzeugte Rückstellkraft den Rückstellstift 26 zurück in seine Lage gemäß Figur 1 und bringt die Kontaktfläche 32 wieder in Berührung mit dem Kontaktelementel· 25b.

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Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß die Schaltvorrichtung belastungsfrei arbeitet und zwar auch, obwohl eine Fremdheitseinrichtung 20 benutzt wird, um das Schaltelement 21 in seiner Ansprechstellung zu bringen. Dies wird ermöglicht, weil das Element 31 aus Segmenten oder Abschnitten aufgebaut ist und dadurch sein freies Ende 32 von demjenigen Teil elektrisch isoliert ist, der in Berührung mit den Chassis steht. Das metallische Chassis ist nicht Teil des Stromkreises der Vorrichtung, wie dies aus Figur 3 ersichtlich ist, oder es ist nicht notwendig, isolierende Halterzwicken dem Chassis und dem Element 31 oder zwischen dem Chassis und dem Schaltelement 21 zu benutzen.

Durch die Erfindung werden gleichzeitig drei verschiedene Merkmale erreicht:

a) sperrfreies Arbeiten des Schalters;

b) lastfreien Wiedereinlegen der Hauptkontakte und

c) Fremdheizung des Schaltelementes 21.

Auch in der Beschreibung der Patentanspruchsund der Zeichnung wiedergegebenen Merkmale des Anmeläungsgegenstandes können für sich alleine oder in jeder denkbaren Kombination von wesentlicher Bedeutung se für die Erfindung sein.

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Claims (1)

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   Patentanspruch

   Überlast-ünterbrecherschalter für sperrfreies Arbeiten in einem innerhalb eines Gehäuses oder Chassis angeor4eten feststehenden Hauptkontakt, einem im Gehäuse bzw. Chassis zwischen zwei stabilen Lagen beweglich angebrachten Bimetall·* Schaltelement und einem mit dem feststehenden Hauptkontakt zusammenwirkenden beweglichen Hauptkontakt, der vom Schaltelement in uxd außer Berührung mit dem feststehenden Haupt-* kontakt gebracht wird, wobei eine elektrische Heizeinrichtung mit diesen Hauptkontakten in Reihe angeordnet ist, um das Schaltelement bei Stromüberlast durch Aufheizen zu veranlassen, sich aus der geschlossenen Hauptkontakte entsprechenden stabilen Lage in die andere stabile Lage zu bewegen, ferner ein in das und aus dem Gehäuse beweglich angebrachter Rückstellstift dazu vorgesehen ist, von Hand aus einer Ruhelage in eine Betätigungslage bewegt zu werden, um das Schaltelement aus der zweiten stabilen Lage in die stabile Lage mit geschlossenen Hauptkontakten zurückzubewegen, und Einrichtungen sum Surückstellen des Rüekstellstiftes in seine Ruhestellung und Einrichtungen zum Abnehmen des elektrischen Potentials von den Hauptkontakten bei in Betätigungsstellung bewegtem

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   Rüekstellstift vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Gehäuse bzw. Chasses (11, 12,13, 14) ein aus Segmenten "bzw, Abschnitten (31a, 32, 32a) aufgebauter nachgiebiger Streifen (31) schwenkbar angebracht ist, dessen freies Ende (32) vom angebrachten Ende (31a) elektrisch isoliert ist, wobei ein Hilfskontaktesatz (25b, 32) vorgesehen ist, dessen einer Kontakt am freien Ende (32) des Streifens (31) angeordnet ist, und das eine Ende (20b) der Heizeia?nriohtung (20) mit dem Kontakt am freien Ende (32) des Streifens (31) und das andere Ende (20a) der Heizeinrichtung (20) mit dem beweglichen Hauptkontakt (24) verbunden sind.

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