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Spulenkörper mit Wärmeschutzschalter
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Die Erfindung betrifft einen mit einem Wärmeschutzschalter versehenen
Spulenkörper zur Aufnahme mindestens einer Spulenwicklung, wobei der aus einem Schaltelement
und einem Gehäuse bestehende Wärmeschutzschalter in eine innerhalb der Wicklung
liegende Ausnehmung des Spulenkörpers einsetzbar ist.
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Spulen, wie sie auf dem Gebiet der Elektrotechnik in großem Umfang
als Tranformatoren, Induktivitäten usw. eingesetzt werden, bestehen allgemein aus
mindestens einer Spulenwicklung sowie einem Spulenkörper, auf den die Spulenwicklung
gewickelt ist. Aufgrund der umgesetzten elektrischen Leistung erfahren solche Spulen
regelmäßig im Betrieb eine Erwärmung, die unter Umständen, insbesondere bei durch
Betriebsstörungen verursachten Überlastungen, zu thermischen Schäden der Spule führen
kann. Dem wird dadurch begegnet, daß in wärmeleitender Verbindung mit der Spule
am Spulenkörper mindestens ein Wärmeschutzschalter vorgesehen wird, der bei Überschreiten
einer vorgegebenen Temperatur den Stromfluß unterbricht. Dazu ist der Wärmeschutzschalter
in der Regel unmittelbar an der Spule mit der Wicklung in Reihe geschaltet.
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Für die Anordnung eines Wärmeschutzschalters am Spulenkör per kennt
man aus der Praxis verschiedene Möglichkeiten So ist es bekannt einen ungekapselten
Wärmeschutzschalter in eine an der Außenseite des Spulenkörpers vorgesehene offene
Einsenkung bzwO Ausnehmung einzusetzen und mit seinen Anschlußdrähten an die Stromzuführungen
der Spulenwicklung anzuschließen0 Diese Bauweise verursacht zwar nur geringen Aufwand
ist aber im übrigen sehr nachteilig9 weil der Wärmeschutzschalter gegenüber Umgebunqseinflüssen
völlig ungeschützt ist und außerdem in unzureichender wärmeleitender Verbindung
mit dem Entstehungsort der Wärme (d.h. im wesentlichen der Spulenwicklung) steht,
so daß kein hinreichend zuverlässiger Schutz der Spule erreicht wird.
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Es ist weiter bekannt, am Spulenkörper eine offene, im fertigen Zustand
durch die Spu;inwicklung abgedeckte Ausnehmung vorzusehen, in welche durch einen
unter der Anschluß leiste des Spulenkörpers vorgesehenen Schlitz eine Schmelzsicherung
einsetzbar ist, die im eingebauten Zustand unmittelbar mit den an der Anschlußleiste
vorgesehenen Anschluß fahnen der Spule elektrisch verbunden ist. Dabei wird zwar
ein wirksamerer Schutz vor thermischer Überlastung erreicht, weil die Schmelzsicherung
sowohl mit der Spulenwicklung als auch dem Eisenkern , in denen die Wärme freigesetzt
wird, in guter wärmeleitender Verbindung steht. Allerdings ist nachteilig, daß die
Schmelzsicherung nicht reversibel arbeitet sondern nach einem Ansprechen jeweils
ersetzt werden muß.
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Weiter ist es bekannt, im Spuleninneren, d.h. innerhalb der Spulenwicklung
und an dem den Wickeldurchmesser begrenzenden Gehäusekern des Spulenkörpers eine
sich in Richtung der Wictlungslängsachse erstreckende Ausnehm-ung vorzusehen und
in diese Ausnehmung einen üblichen gekapselten Wärmeschutzschalter einzusetzen.
Wärmeschutzschalter meint dabei im Rahmen der Er-Erfindung Schaltelemente, die üblicherweise
mit einem Bimetall-Schaltelement ausgerüstet sind und bei Überschreiten einer vorgegebenen
Temperatur dem Stromfluß aus- und nach Unterschreiten
dieser Temperatur
wieder einschalten. Bei diesem Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht,
ist der Wärmeschutzschalter zwar gegenüber Umwelteinflüssen, insbesondere gegenüber
Eindringen von Staub und Feuchtigkeit, gut geschützt und außerdem in verhältnismäßig
gutem Kontakt mit den wsrmeerzeugenden Bereichen der Spule angeordnet.
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Es bestehen jedoch noch verschiedene Nachteile. So ergibt sich eine
unerwünscht große Bauhöhe und damit eine Verminderung des verfügbaren Wickel raums
durch die Wandung der Ausnehmung und das Gehäuse des Wärmeschutzschalters. Diese
sowie insbesondere der zwischen beiden bestehende Luftraum behindern außerdem den
Wärmeübergang zum Wärmeschutzschalter, so daß dessen Ansprechempfindlichkeit zu
wünschen übrig läßt. Es kommt hinzu, daß diese Ausführung, insbesondere die Vollverkapselung
des Wärmeschutzschalters verhältnismäßig aufwendig ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie Spulenkörper
und Wärmeschutzschalter der vorstehend erläuterten Gattung auszubilden sind, damit
bei geringstmöglichem Platzbedarf für den Wärmeschutzschalter und geringem Kostenaufwand
ein genaues Ansprechen des Wärmeschutzschalters erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausnehmung
des Spulenkörpers durch das Gehäuse des Wärmeschutzschalters abdichtend verschließbar
ist und daß das Gehäuse in seinem in die Ausnehmung hineinragenden Bereich offen
ausgebildet ist. Damit sieht die Erfindung vor, daß der Schutz des Wärmeschutzschalters
vor Staub, Feuchtigkeit usw. nicht durch dessen vollständige Einkapselung sondern
vielmehr dadurch erreicht wird, daß die Ausnehmung, die im übrigen vollständig geschlossen
ist, beim Einsetzen des Wärmeschutzschalters durch dessen Gehäuse so geschlossen
wird, daß der Wärmeschutzschalter allen Umgebungseinflüssen entzogen ist. Der Wärmeschutzschalter
selbst weist dabei kein geschlossenes Gehäuse mehr auf, so daß zunächst ein besserer
Wärmeübergang
erreicht wird. Außerdem kann die lichte Weite der Ausnehmung entsprechend dem Fortfall
der Gehäusewandungen des Wärmeschutzschalters geringer ausgebildet werden, so daß
insgesamt eine erhebliche Verringerung der für den Wärmeschutzschalter zusätzlichen
Bauhöhe resultiert. Diese Verringerung, die in der Praxis ohne weiteres beispielsweise
1 bis 1,5 mm betragen kann, kommt dem verfügbaren Wickelraum zugute. Ausßerdem ergibt
sich eine Kostenverringerung dadurch, daß auf eine Vollkapselung des Wärmeschutzschalters
verzichtet werden kann, während für die Abdichtung zwischen diesem und der Ausnehmung
keinen nennenswerten Mehraufwand verursacht.
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Das Gehäuse des Wärmeschutzschalters, das erfindungsgemäß im wesentlichen
nur noch ein offenes, für die Halterung des Schaltmechanismus eingerichtetes Halteteil
darstellt, besteht vorzugsweise aus einer die Ausnehmung des Spulenkörpers abschließenden
(d.h. in diese einfassenden oder die Öffnunjder Ausnehmung überfassenden)Stirnplatte
und einem an die Stirnplatte angeschlossenen und in die Ausnehmung hineinragenden
Tragelement. Dabei wird zwischen Stirnplatte und Spulenkörper eine die Ausnehmung
umgebende elastische Dichtung angeordnet.
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o Für die Fixierung des Wärmeschutzschalters in der Ausnehmung bestehen
verschiedene Möglichkeiten. So kann ein ausreichend fester Sitz bei guter Abdichtung
ohne weiteres schon dadurch erreicht werden, daß der Wärmeschutzschalter kraft-bzw.
reibungsschlüssig in die Ausnehmung eingesetzt wird. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit
besteht darin, den Wärmeschutzschalter mittels geeigneter, ansich bekannter Formschlußausbildungen
wie Widerhaken, Rastvorsprünge usw. in der Ausnehmung einzurasten.
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Hinsichtlich des elektrischen Anschluses des Wärmeschutzschalters
ist eine Ausführungsform zu bevorzugen, bei der die Ausnehmung in einer mit den
üblichen Anschlußfahnen versehenen
Anschlußleiste des Spulenkörpers
vorgesehen ist (und sich selbstverständlich unter Umständen über diese hinaus in
das Spuleninnere erstreckt), und bei der der Wärmeschutzschalter an seiner Stirnplatte
austretende starre Anschluß elemente aufweist. Dabei wird die Anordnung so getroffen,
daß die Anschlußelemente durch die Anschlußfahnen unmittelbar kontaktierbar sind.
Eine auch im Hinblick auf die Fixierung des Wärmeschutzschalters besonders vorteilhafte
Ausführungsform ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfahnen (mindestens
diejenigen, die zum elektrischen Anschluß des Wärmeschutzschalters dienen) in einer
zur Einführungsrichtung des Wärmeschutzschalters im wesentlichen senkrechten Richtung
verschiebbar sind und daß der Wärmeschutzschalter im eingesetzen Zustand unter Kontaktierung
der Anschlußelemente durch die Anschlußfahnen in der Ausnehmung verriegelbar ist.
Mit anderen Worten werden nach dem Einsetzen des Wärmeschutzschalters in die Ausnehmung
die Anschlußfahnen so eingeschoben, daß sie ein Austreten des Wärmeschutzschalters
aus der Ausnehmung verhindern und zugleich in elektrischem Kontakt mit dessen Anschlußelementen
stehen. Um einem Herausziehen der Anschlußfahnen durch Zug an den mit diesen verbundenen
Anschlußdrähten zu vermeiden, empfiehlt es sich, daß die Anschlußfahnen in der Verriegelungsstellung
formschlüssig im Spulenkörper einrastbar sind.
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Für die Ausbildung des Wärmeschutzschalters selbst bestehen im einzelnen
zahlreiche Möglichkeiten, wobei in aller Regel mindestens ein Bimetall-Schnappelement
sowie eine feste Kontaktzunge vorgesehen sind, die durch Kleben, Biegen, Nieten
od. dgl. mit dem Tragelement verbunden sind. Eine solche einfachste Ausführungsform
mit einer Kontaktzunge und einem Bimetall-Schnappelement läßt zwar sehr geringe
Bauhöhe erreichen, auf die Ansprechgenauigkeit wirkt sich aber nachteilig aus, daß
das Bimetall-Schnappelement dabei von dem zu schaltenden Strom durchflossen ist.
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Dem wird bei bekannten (vgl. DE-PS 21 21 802) Wärmeschutzschaltern
dadurch
begegnet, daß eine kalottenförmige Bimetall-Schnappscheibe und als Stromübertragungsglied
eine mit der Bimetall-Schnappscheibe zentrisch verbundere, mit einem zentralen Kontakt
versehene, kalottenförmige Federschnappscheibe von gegenüber der Bimetall-Schnappscheibe
wenig geringerer Stellkraft vorgesehen sind. Dabei fließt der zu schaltende Strom
über zentralen Kontakt und Federschnappscheibe,während die Bimetall-Schnappscheibe
allein der Umschaltung dient. Eine im Sinne der vorstehend erläuterten Erfindung
offene Bauweise eines derartigen Wärmeschutzschalters, die sich durch extrem flache
Bauweise auszeichnet, wird dadurch erreicht, daß das Tragelement aus einem Blech
von U-förmigem Profil besteht und daß eine in dem Profilinnenraum einfassende, aus
Isoliermaterial bestehende Verlängerung der Stirnplatte an ihrer dem U-Steg des
Tragelements gegenüberliegenden Seite eine Kontaktzunge trägt, wobei in Stromdurchgangsstellung
des Wärmeschutzschalters der zentrale Kontakt und die Federschnappscheibe den U-Steg
und die Kontaktzunge elektrisch leitend verbinden. Dabei wird zunächst vorgesehen,
daß die Federschnappscheibe und die Bimetall-Schnappscheibe zwischen den U-Schenkeln
des Tragelements, der Verlängerung der Stirnplatte und einem an der der Stirnplatte
gegenüberliegenden Ende des Tragelements angeformten Vorsprung seitlich geführt
sind. Der Vorsprung ist vorzugsweise vom U-Steg des Tragelements abgebogen. Als
Widerlager für die Bimatallschnappscheibe können beispielswese von den U-Schenkeln
des Tragelements entsprechende Laschen abgebogen werden. Genauer und daher zu bevorzugen
ist es aber, an den U-Schenkeln in den Profil innenraum hineinragende Einziehungen
einzustanzen, an denen die Bimetall-Schnappscheibe in ihrer Hochtemperaturstellung
abgestützt ist.
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In der Tieftemperaturstellung, in der der Wärmeschutzschalter geschlossen
ist, ist in jedem Fall die Bimetall-Schnappscheibe kräftefrei.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen Figur 1 eine Aufsicht auf einen Spulenkörper mit Wärmeschutzschalter,
Figur 2 den Gegenstand der Fig. 1 in Stirnansicht, Figur 3 den Gegenstand der Fig.
1 ausschnittsweise im Längsschnitt, Figur 4 eine andere Ausführungsform eines Wärmeschutzschalters
in Aufsicht, Figur 5 den Gegenstand der Fig. 4 im Längsschnitt, Figur 6 den Gegenstand
der Fig. 4 im Querschnitt.
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Der in Figur 1 dargestellte Spulenkörper 1 besteht in seinem grundsätzlichen
Aufbau aus dem den kleinsten Wickeldurchmesser bestimmenden Kerngehäuse 2 und daran
angeschlossenen, die Wicklungslänge bestimmenden Flanschen 3.
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An einen der Flansche 3 ist eine mit Anschlußfahnen 4 bestückte Anschlußleiste
5 angeformt. In den dadurch definierten Wickelraum kann eine (nicht dargestellte)
Spulenwicklung eingebracht werden.
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Eine der Wandungen des Kerngehäuses 2 ist verstärkt ausgeführt und
weist eine sich in Richtung der Wicklungslängsachse 6 erstreckende Ausnehmung 7
auf, die im Bereich der Anschlußleiste 5 eine Einführdffnung 8 aufweist und im übrigen
allseitig geschlossen ist. Durch die Einführöffnung 8 ist ein Wärmeschutzschalter
9 in die Ausnehmung 7 eingesetzt.
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Das Gehäuse des Wärmeschutzschalters 9 ist auf eine Stirnplatte 10
und ein an die Stirnplatte 1o angeschlossenes und in die Ausnehmung 7 hineinragendes
Tragelement 11 reduziert und in seinem in die Ausnehmung 7 hineinragenden Bereich
offen
ausgebildet. Die Ausnehmung 7 ist durch die Stirnplatte 1o
geschlossen und zusätzlich durch einen Dichtring 12 aus elastischem Material abgedichtet,
der die Ausnehmung 7 umgibt.
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Die eigentliche Schalteinrichtung des Wärmeschutzschalters 9 besteht
aus einer festen Kontaktzunge 13 und einem Bimetallstreifen 14, die mit dem isolierenden
Tragelement 11 verbunden sind und in der dargestellten Tieftemperaturstellung mit
Kontakten i5 aneinander anliegen, so daß ein Strom durch den Schalter und damit
durch die (nicht dargestellte) Spulenwicklung fließt. Bei Überschreiten einer vorgegebenen
Temperatur hebt der Bimetallstreifen 14 ab, so daß der Stromfluß unterbrochen wird.
Kontaktzunge 13 und Bimetallstreifen 14 sind mit Anschlußelementen 16 elektrisch
leitend verbunden, die an der Stirnplatte 1o austreten und an deren Außenseite freiliegen.
Mindestens die zum Anschluß des Wärmeschutzschalters 9 dienenden Anschlußfahnen
4 sind in der zur Einführungsrichtung des Wärmeschutzschalters 9 und damit zur Wicklungslängsachse
6 senkrechter Richtung verschiebbar. Nach dem Einsetzen des Wärmeschutzschalters
9 in die Ausnehmung 7 werden die Anschlußfahnen 4 eingeschoben, wobei der Wärmeschutzschal
ter 9 unter elastischer Kompression des Dichtrings 12 verriegelt und zugleich ein
unmittelbarer elektrischer Kontakt zwischen Anschlußfahnen 4 und Anschlußelementen
16 hergestellt wird. An den Anschlußfahnen 4 vorgesehene Einprägungen 17 hinterfassen
im eingeschobenen Zustand die Wandung der Einführöffnung 8, sodaß die Anschlußfahnen
4 gegen unbeabsichtigtes Herausziehen gesichert sind.
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Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen eine andere Ausführungsform eines Wärmeschutzschalters,
die sich gegenüber der vorstehend beschriebenen dadurch auszeichnet, daß das Bimetallelement
nicht von den zu schaltenden Strom durchflossen ist. Die eigentliche Schalteinrichtung
besteht hierbei aus einer kalottenförmigen Bimetall-Schnappscheibe 21 und einer
als Stromübertragungsglied dienenden gleichfalls kalottenförmigen Federschnappscheibe
22,
die miteinander konzentrisch durch einen zentralen Kontakt 23 verbunden sind. Das
Tragelement besteht im wesentlichen aus einem U-Profilblech 24, das zugleich zur
Stromführung dient, und aus einer aus Isoliermaterial bestehenden Verlängerung 25
der Stirnplatte lo. Die Stirnplatte lo steht über Verlängerung 25 und U-Profilblech
24 seitlich über und ist im Einbauzustand gegenüber einem (nicht dargestellten)
Spulenkörper durch einen Dichtring 12 abgedichtet.
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Mit der Verlängerung 25 ist eine feste Kontaktzunge 26 durch einen
Niet 27 verbunden. Zur Einsparung von Bauhöhe weist der U-Steg 29 des U-Profilblechs
24 im Bereich des Niets 27 eine Ausnehmung 28 auf, sodaß der Nietkopf nicht übersteht.
Die Kontaktzunge 26 und einer der U-Schenkel 30 des U-Profilblechs gehen in Anschlußelemente
16 über, die durch Stanzen angeformt sind. Das vom U-Schenkel 30 ausgehende Anst
lußelement 16 ist dabei in eine Einsenkung 31 der Verlängerung 25 umgebogen, sodaß
diese im Profilinnenraum des U-Profilblechs 24 festgehalten ist. Zum gleichen Zweck
sind im vorderen Bereich an die U-Schenkel angeformte Laschen 32 in entsprechende
Einsenkungen der Verlängerung 25 umgebogen. Durch diese Maßnahmen wird eine extrem
flache Bauweise des dargestellten Wärmeschutzschalters erreicht. Im übrigen ist
die den Niet 27 umgebende Ausnehmung 28 bis unter die Federschnappscheibe 22 verlängert
und zugleich erweitert, daß eine Wärmeabschirmung durch den U-Steg vermieden wird.
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Die Federschnappscheibe 22 liegt in der in Fig. 5 dargestellten Tieftemperaturstellung
elektrisch leitend am U-Steg an und drückt den Kontakt 23 gegen die Kontaktzunge
26, wobei die Bimetall-Schnappscheibe 21 kräftefrei ist. In dieser Stellung ist
über U-Profilblech 24, Federschnappscheibe 22, Kontakt 23 und Kontaktzunge 26 ein
Stromfluß möglich. Beim Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur schnappt die
Bimetall-
Schnappscheibe 21 in die (nicht dargestellte) zur Kontaktzunge
26 konkave Hochtemperaturstellung um und entfernt dabei entgegen der Wirkung der
Federschnappscheibe 22 den Kontakt 23 von der Kontaktzunge 26, sodaß dar Stromfluß
unterbrochen wird. Dabei ist die Bimetall-Schnappscheibe 21 an in die U-Schenkel
30 eingestanzten Einziehungen 33 als Widerlager abgestützt. Bei Rückkehr der Temperatur
unter den vorgegebenen Wert lassen die inneren Kräfte der Bimetall-Schnappscheibe
21 soweit nach, bis die Federschnappscheibe 22 zurückspringt und der Kontakt 23
wieder gegen die Kontaktzunge 26 gedrückt wird. Das aus Bimetall-Schnappscheibe
21, Federschnappscheibe 22 und Kontakt 23 gebildete Schaltwerk ist seitlich durch
die Verlängerung 25, die U-Schenkel 30 und einen am vorderen Ende des U-Stegs 29
angeformten, nach oben gebogenen Vorsprung 34 geführt.