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Bimetallschutzschalter
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Die Erfindung betrifft einen Bimetallschutzschalter gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Zum Schutz von elektrischen Geräten und Bauteilen (z.B. Motoren, Transformatoren,
Solenoide) gegen Durchbrennen sind Uberstromsicherungen (z.B. Stromunterbrecher,
Schmelzsicherungen), die bei Kurzschlüssen oder Isolationsdurchbrüchen den Stromkreis
unterbrechen, sowie Übertemperatursicherungen (Thermostatschalter, Schmelzsicherungen)
bekannt, die infolge ungewöhnlicher Erwärmung z.B. bei Überbelastung oder Festfressen
von Elektromotoren, den Stromkreis unterbrechen.
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Es kommt vor, daß Sicherungen mit Schaltkontakten nach wiederholtem
Ansprechen schließlich versagen, weil z.B. die Schaltkontakte kleben oder miteinander
verschweißen. Um dem zu begegnen, hat man zur Sicherheit schon zwei Sicherungen
in Reihe geschaltet, um das elektrische Gerät besser abzusichern.
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M«n hat auch schon einzelne Uberstrom- und Ubertemperatursicherungen
in Reihe geschaltet zum Schutz von Geräten benutzt.
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Dies hat bisher den doppelten Raumbedarf erfordert, weshalb die Verwendung
von zwei einzelnen in Reihe geschalteten Schaltsicherungen bei miniaturisierten
Geräten und Bauteilen nicht infrage kam. Außerdem ist die Verwendung von zwei einzelnen
Schaltsicherungen teuer.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einheitlichen
Schutzschalter zu schaffen, der bei kleinen Abmessungen und einfachem Aufbau zwei
in Reihe geschaltete, unabhängig voneinander ansprechende Teilschalter enthält.
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Für einen Schalter der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe mit
den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der erfindungsgemäße Schutzschalter ist tatsächlich einfach im Aufbau
und klein in den Abmessungen, praktisch nicht größer als ein einfacher Schutzschalter.
Er kann daher für miniaturisierte Bauteile wie Kleinstmotoren, -transformatoren
und -solenoide verwendet werden. Seine AnsprechcharakterisEk läßt sich in weiten
Grenzen dem Einsatzzweck anpassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen
dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
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F i g . 1 ist die Aufsicht auf einen Doppelschalter zum Schutz gegen
überstrom, F i g . 2 ist die Schnittansicht A-A dieses Schalters, F i g . 3 ist
eine Abwandlung des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schalters in perspektivischer
Darstellung, F i g . 4 ist die Aufsicht auf einen Doppelschalter zum Schutz gegen
Ubertemperatur,
F i g . 5 ist die Schnittansicht A-A des Schalters
aus Fig. 4, F i g . 6 ist eine Abwandlung des in den Fig. 4 und 5 dargestellten
Schalters in perspektivischer Darstellung, F i g . 7 ist die Aufsicht auf einen
Doppelschalter zum Schutz gegen Uberstrom und Ubertemperatur, F i g . 8 ist die
Schnitt ansicht A-A des Schalters aus Fig. 7, und F i g . 9 ist eine Abwandlung
des in den Fig. 7 und 8 dargestellten Schalters in perspektivischer Darstellung.
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Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Schalter besitzt einen Träger,
bestehend aus einem metallischen Steg 1, der zweimal stufenförmig abgeknickt ist,
und zwei Isolierkörpern 2 und 2', die an den Enden des Steges 1 befestigt sind.
An den Isolierkörpern 2 und 2' wiederum sind Anschlußbleche 3 bzw. 3' für den elektrischen
Anschluß des Schalters befestigt.
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An der Oberseite und der Unterseite des Stegs 1 sind äe eine Kontaktfeder
4 bzw. 5 befestigt. Die Kontaktfedern liegen einander gegenüber und weisen in entgegengesetzte
Richtung. An den freien Enden tragen die Kontaktfedern 4 und 5 Kontaktniete 4' bzw.
5', mit denen sie bei geschlossenem Schalter an den Anschlußblechen 3' bzw. 3 anliegen.
Die Anordnung ist so gewählt, daß die beiden Kontaktfedern in Reihe geschaltet sind,
d.h. der Strom durchfließt die Teile des Schalters in der Reihenfolge: Anschlußblech
3', Kontaktniet 4', Kontaktfeder 4, Steg 1, Kontaktfeder 5, Kontaktniet 5', AnschluBblech
3, oder umgekehrt.
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Die Kontaktfedern 4 und 5 bestehen bei diesem Schalter aus Bimetallen
unterschiedlicher Eigenschaften. Deshalb ist die Ansprechgeschwindigkeit der beiden
Kontaktfedern bei gleichem (zu hohem) durch sie hindurchfließendem Strom verschieden,
z.B.
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ist die Ansprechzeit T1 der Kontaktfeder 4 kleiner als die Ansprechzeit
T2 der Kontaktfeder 5.
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Da die beiden Kontaktfedern in Reihe geschaltet sind, genügt zum Unterbrechen
eines Stromkreises bereits das Abheben einer der beiden Kontaktfedern vom Gegenkontakt
(Anschlußbleche 3, 3').
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Im Normalfall wird bei zu hoher Strombelastung die Kontaktfeder mit
der kürzeren Anspruchzeit T1, also z.B. die Kontaktfeder 4 abheben und den Stromkreis
unterbrechen. In Fällen jedoch, in denen der Kontaktniet 4' am Anschlußblech 3'
klebt oder damit verschweißt, kann die Kontaktfeder 4 nicht abheben und es kommt
die langsamere Kontaktfeder 5 zum Zuge, um den Stromkreis zu unterbrechen. Es handelt
sich also um einen zweistufigen Schalter, der die doppelte Sicherheit wie ein einstufiger,
herkömmlicher Schutzschalter bietet.
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Vorzugsweise ist ein solcher Schutzschalter mit einem Haltemechansmus
versehen, der wenigstens eine der Kontaktfedern hindert, nach einem erfolgten Abheben
den Kontakt wieder zu schließen. Fig. 3 zeigt einen Schutzschalter wie in Fig. 1
und 2 dargestellt, der zusätzlich mit einem solchen Haltemechanismus für die Kontaktfeder
5 ausgerüstet ist. Der Haltemechanismus besteht aus einem Haltearm 6, der aus einem
Metallblech mit federnden Eigenschaften gemacht ist und mit seinem einen Ende am
Isolierkörper 2' befestigt ist; er könnte aber auch am Steg 1 befestigt sein.
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Hit seinem Vorderende liegt der Haltearm 6 bei geschlossenem Schalter
seitlich an der Kontaktfeder 5 federnd an. Wenn die Kontaktfeder 5 vom Anschlußblech
3 abhebt und den Stromkreis
unterbricht, schiebt sfch das Vorderende
des Haltearms 6 unter der Federwirkung zwischen die Kontaktfeder 5 und den Steg
1 und verhindert, daß der Kontakt wieder geschlossen wird, wenn sich die Bimetallkontaktfeder
wieder abkühlt.
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Ein Gerät, das mit einem solchen Schutzschalter ausgeristet ist, kann
daher nur wieder in Betrieb genommen werden, wenn der Haltearm 6 eigens zurückgestellt
wird. Dadurch wird Gelegenheit gegeben, das Gerät zunächst nach der Ursache des
Ansprechens des Schutzschalters zu untersuchen. Ist der Defekt - falls vorhanden
-gefunden und beseitigt, wird der Haltearm 6 von Hand zurückgestellt und der Schutzschalter
ist wieder voll betriebsbereit.
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In den Figuren 4 und 5 ist ein Schalter zum Schutz vor tibertemperatur
dargestellt, Der Schalter ist ähnlich aufgebaut wie der in Fig. 1 und 2 dargestellte
Schalter, enthält jedoch zusätzlich einen gesonderten Bimetallstreifen 17 und 18
unter den Kontaktfedern 14 und 15. Der Strom fließt durch den Schalter vom Anschlußblech
13' durch den Kontaktniet 14', die Kontaktfeder 14, den Steg 11 - der zusammen mit
den zwei Isolierkörpern 12 und 12' den Träger des Schalters bildet - die Kontaktfeder
15, den Kontaktniet 15' zum Anschlußblech 13 (oder umgekehrt).
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Die Kontaktfedern 14 und 15 bestehen im vorliegenden Fall nicht aus
Bimetall, stattdessen befindet sich jeweils zwischen den Kontaktfedern 14 und 15
und dem Steg 11 ein in Rrhtung auf den Steg 11 konvex gebogener Bimetallstreifen
17 bzw. 18. Ferner besitzen die Bimetallstreifen unterschiedliche Öffnungstemperatureq
z.ß. der Bimetallstreifen 17 die Offnunxstemperatur t1 und der Bimetallstreifen
18 die höhere Öffnungstemperatur t2.
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Wenn die Umgebunstemperatur auf die Temperatur t1 ansteigt, kehrt
der Bimetallstreifen 17 seine Krümmung um, drückt gegen die halbkugelförmige Einbuchtung
14 " der Kontaktfeder 14 und hebt dadurch die Kontaktfeder 14 vom Gegenkontakt (Anschlußblech
13') ab. Da die beiden Kontaktfedern 14 und 15 in Reihe geschaltet sind, ist der
Stromkreis, in dem der Schalter liegt, damit unterbrochen.
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Sollte jedoch der Kontaktniet 14' an seinem Gegenkontakt kleben oder
mit diesem verschweißen und sich einer Öffnung widersetzen, dann spricht bei weiterem
Temperaturanstieg bei der Temperatur t2 der Bimetallstreifen 18 an, kehrt seine
Krümmung um, drückt gegen die halbkugelförmige Einbuchtung 15" in der KoNaktSeder
15 und hebt diese von ihrem Gegenkontakt (Anschlußblech 13) ab, wodurch der Schalter
geöffnet wird und den Stromkreis unterbricht. Der
Schutzschalter
bietet mithin die doppelte Sicherheit wie ein einfacher Schutzschalter mit nur einem
Bimetallauslöser.
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Der in Fig. 6 dargestellte Schalter hat den gleichen Aufbau wie der
in den Fig. 4 und 5 dargestellte Schalter, enthält jedoch darüberhinaus noch einen
Haltearm 16, der verhindert, daß die Kontaktfeder 16 selbsttätig wieder schließt,
nachdem sie infolge Uberschreitens der vorgesehenen Grenztemperatur t2 abgehoben
hat. Aufbau und Wirkungsweise des Haltearms 16 sind die gleichen wie beim Haltearm
6 in Figur 3.
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Bei dem in Figur 7 und 8 dargestellten Schalter handelt es sich um
eine Kombination eines Ubertemperaturschutzschalters und eines Überstromschutzschalters,
deren Aufbau jeweils dem Aufbau der zuvor beschriebenen SchalXrtypen entspricht.
Die obere Schalterhälfte ist der Ubertemperaturschalter, bestehend aus dem Anschlußblech
23', der Kontaktfeder 24 nit Kontaktniet 24' und Einbuchtung 24", dem Steg 21, der
außen mit den beiden Isolierkörpern 22' und 22 verbunden ist, und dem gebogenen
Bimetallstreifen 27 zwischen dem Steg 1 und der Kontaktfeder 24.
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Der Steg 21 und die beiden Isolierkörper 22 und 22' gehören beiden
Schalterhälften gleichermaßen an. Die untere Schalterhälfte
ist
der Uberstromschalter, bestehend aus dem Anschlußblech 23, der Kontaktfeder 25 mit
Kontaktniet 25' und dem Steg 21.
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Die beiden Kontaktfedern 24 und 25 sind in Reihe geschaltet und können
unabhängig voneinander ansprechen und den Stromkreis unterbrechen. Die Kontaktfeder
24 wird bei Erreichen einer bestimmten Temperatur durch den darunter liegenden Bimetallstreifen
27 angehoben. Die Kontaktfeder 25 besteht selbst aus Bimetall und spricht auf das
Uberschreiten einer vorgegebenen Stromstärke an, wenn diese infolge ohmscher Erwärmung
die Kontaktfeder auf eine kritische Temperatur aufheizt.
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Der in Fig. 9 dargestellte Schutzschalter hat einen Aufbau wie der
in den Fig. 7 und 8 dargestellte Schalter, besitzt jedoch darüberhinaus noch einen
Haltearm 26, der verhindert, daß die Kontaktfeder 25 selbsttätig wieder schließt,
nachdem sie infolge Qberschreitens der vorgegebenen Strombelastung abgehoben hat.
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Aufbau und Wirkungsweise des Haltearms 26 sind die gleichen wie beim
Haltearm 6 in Fig. 3. Hier wie bei den Beispielen in Fig. 3 und Fig. 6 kann natürlich
die zweite Kontaktfeder ebenfalls mit einem Haltearm ausgerüstet werden.
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Der zuletzt beschriebene Schutzschalter bietet optimale Sicherheit
bei kleinen Abmessungen (nicht größer als ein herkömmlicher Schutzschalter mit einfacher
Schutzfunktion), einfachem Aufbau und deshalb billiger Herstellung. Er eignet sich
besonders für kleine elektronische Geräte und Geräteteile.