DE3327311A1

DE3327311A1 - Bi-metall-schalter, insbesondere zum schutz von motor-kompressoren

Info

Publication number: DE3327311A1
Application number: DE19833327311
Authority: DE
Inventors: László L. Dr. Dipl.-Elek. 5100 Jászberény Molnár
Original assignee: HUETOEGEPGYAR
Current assignee: HUETOEGEPGYAR
Priority date: 1982-07-29
Filing date: 1983-07-28
Publication date: 1984-02-09
Also published as: DE3327311C2; FR2531266B1; FR2531266A1; DD210369A5; HU184008B

Description

BI-METALL-SCHALTER, INSBESONDERE ZUM SCHUTZ VON MOTORKOMPRESSOREN

Die Erfindung betrifft einen Bi-Metall-Schalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs, insbesondere zur Verhinderung der Überhitzung der in Haushaltskühlmaschinen montierten, hermetisch verschlossenen Motorkompressoren.

Wegen des automatischen und üblicherweise ohne Aufsicht stattfindenden Betriebs derartiger Kühlmaschinen ist es äußerst wichtig, daß im Falle von Unregelmäßigkeiten der Übertemperaturschutz des Motors sichergestellt ist.

Ursache derartiger Unregelmäßigkeiten kann ein kurzer Ausfall der Netzspannung sein, wodurch infolge der dann hohen Druckdifferenz zwischen der Saugseite und der Druckseite des Kompressors der Motor nicht anlaufen kann, oder wenn infolge eines übermäßigen Abfalls der Netzspannung der Moment des Motors zum Antrieb des Kompressors nicht ausreicht, wodurch der Rotor also abgebremst bzw. blockiert bleibt.

In den vorerwähnten Fällen muß der Schutzschalter sofort ausschalten und nach etwa 2 Minuten wiedereinschalten. Im erstgenannten Fall nimmt der Druckunterschied zwischen der Saugseite und der Druckseite ab, wodurch der Motorkompressor wieder in Gang gesetzt wird. Im letztgenannten Fall findet das Aus- und Wiedereinschalten solange statt, bis die Netzspannung den zum Anlassen erforderlicen Wert

erreicht.

Nach den einschlägigen Normen muß, wenn der Rotor des Motors 360 Stunden lang blockiert ist, der Schutzschalter verhindern, daß das Gehäuse des Motorkompressors sich über 150° C erhitzt und die Durchschlagsfestigkeit des Motors unter den vorgeschriebenen Wert abfällt.

Um den erwähnten Forderungen nachzukommen, muß der Schutzschalter Aus- und Wiedereinschaltungscharakteristiken aufweisen, die den Charakteristiken des Motors weitgehend angepaßt sind.

Eine weitere Forderung besteht darin, daß der Schutzschalter einfach hergestellt werden kann und außerdem kleine Abmessungen besitzt. Ersteres ist wirtschaftlich wichtig, das zuletzt genannte dient der Vereinfachung des Einbaus; der Schutzschalter muß unter dem Klemmdeckel des Motorkompressors angebracht werden können.

Bei Motorkompressoren, bei denen zur Schaltung der Hilfsphasenwicklung ein PTC nicht-linearer Widerstand verwendet wird,ist es äußerst wichtig, daß bei einem eventuellen erfolglosen Anlassen die Wiedereinschaltung erst nach einigen Minuten stattfindet, auch dann, wenn das Gehäuse des Motorkompressors kalt ist, beispielsweise bei einer Umgebungstemteratur des Schutzschalters von etwa 300° K . Sollte der Schutzschalter nämlich kurz nach dem Ausschalten wiedereinschalten, kann der PTC Widerstand sich nicht abkühlen: der Motorkompressor kann, aus den bekannten Gründen, nicht anlaufen.

Die restlose Erfüllung der erwähnten Forderungen ist sowohl

aus technischen wie auch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten unerläßlich..

Zum Übertermperaturschutz und Anlassen von Motorkompressoren sind verschiedene Bi-Metall-Schalter bekannt; ein Teil davon ist schon überholt, da die Produktionskosten hoch sind und sie den inzwischen erhöhten technischen und wirtschaftlichen Forderungen nicht mehr entsprechen.

Nach der HU-PS 156 502 wird zum Schutz der Hauptphasenwicklung und der Hilfsphasenwicklung eines Motors je ein automatischer Bi-Metall-Schalter verwendet, bei denen das Bi-Metall eine, in eine V-förmige Trägerplatte eingesetzte und zweckmäßig vorgespannte Kontaktfeder bewegt. Die Nachteile dieser Ausbildungen sind darin zu sehen, daß diese Schalter nur aus verhältnismäßig groß dimensionierten Bestandteilen zusammengesetzt werden können, daß weiterhin die Vospannung der Kontaktfeder weitgehend von der Montagegenauigkeit der Bestandteile abhängt. Daraus ergibt sich, daß die jeweils gewünschten Auslosungs- und Wiedereinschaltungscharakteristiken nur schwer variiert werden können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Schutzschalter aus vielen Bestandteilen aufgebaut ist.

Ein weiterer, nach der DE-AS 1 197 955 bekannter Bi-Metall-Schnappschalter besteht im wesentlichen aus einem scheibenförmigen Bi-Metall, in dessen Symmetrieachse je ein Vorsprung vorgesehen ist, auf dem Silberkontakte befestigt sind; ihnen gegenüber ist je ein nicht bewegbarer Kontakt angeordnet. Durch entsprechende Wölbung des scheibenförmigen Bi-Metalls wird erreicht, daß bei Erwärmung die Wölbung der Scheibe in die entgegengesetzte Richtung überspringt, wodurch sich die Kontakte voneinander entfernen, der Stromkreis des Motors unterbrochen wird. Die Auslö-

sungs- und Wiedereinschaltungscharakteristiken des Schutzschalters können mit der in der Mitte der Bi-Metall-Scheibe vorhandenen Justierschraube geändert werden.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß ein Schutzschalter dieser Art nur mit einem Bi-Metall von erstklassiger Qualität und unter Anwendung einer äußerst strengen Fertigungstechnologie hergestellt werden kann: die Produktionskosten sind daher sehr hoch. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß sich das scheibenförmige Bi-Metall schnell abkühlt; wenn aber die Umgebungstemperatur im Bereich von etwa 300° K liegt, so findet die Wiedereinschaltung binnen Kurzem statt. Ist dann das Gehäuse des Motorkompressors noch nicht auf wenigstens 350° K abgekühlt, dann findet bei einem nur kurzen Spannungsausfall das wiederholte Anlassen, wenn ein PTC nicht-linearer Widerstand verwendet wird, nicht statt, da während der zyklischen Aus- und Wiedereinschaltungen der PTC-Widerstand infolge der kurzen Schaltzeit sich nicht ausreichend abkühlen kann.

Ein weiterer Nachteil der geschilderten Lösung besteht darin, daß zur Herstellung 4 St Silberkontakte erforderlich sind, was wiederum zur Erhöhung der Produktionskosten führt.

In der DE-AS 1 256 329 wird ein zur Schaltung der Stromkreise dienendes Bi-Metall-Relais beschrieben, dessen Wesen darin besteht, den beweglichen Kontakt unter Zuhilfenähme einer unmittelbar zwischen den Enden der Kontaktfeder und des Bimetalls eingesetzten Omegafeder zu bewegen. Da das eine Ende der Omegafeder sich unmittelbar am Bi-Metall,das andere Ende an der Kontaktfeder abstützten, hängt die Vorspannung der Omegafeder weitgehend von der Abbiegung des Endes der Kontaktfeder und von der genauen Montage ab. Daraus folgt, daß bei einer Serienproduktion die genaue Einstellung der vorgeschriebenen Aus- und Einschalt-

dauer der Charakteristik einen recht hohen Arbeitsaufwand erfordert. Auch ist infolge der gebogenen Form der Kontaktfeder und der Anordnung der Omegafeder die longitudinale Dimension des Schalters zu^! groß, der Einbau unter dem Klemmdeckel des Motorkompressors ist mit Schwierigkeiten verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere für Einphasen-Motorkompressoren einen automatischen Bi-Metall-Schalter zum Aus- und Wiedereinschalten anzugeben, der mit kleinem Format, leicht und wirtschaftlich hergestellt werden kann, der sich den Motorcharakteristiken gut anpassen läßt, d.h., daß die Aus- und Wiedereinschaltzeiten leicht und innerhalb verhältnismäßig weiter Grenzen eingestellt werden können.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, mit wenigen und leicht herstelltbaren Bestandteilen und einem Bi-Metall von nur mittlerer Qualität einen Überstromschutzschalter zu stellen, bei dem beim Aus- und Wiedereinschalten Prellungen der Kontakte vermieden werden.

Eine weitere Zielsetzung der Erfindung besteht darin, unter Anwendung einer verhältnismäßig geringen Menge von Silberkontaktmaterial einen Schalter mit einer langen Lebensdauer zu entwickeln. Auch soll die Bewegung der Kontakte bzw. die Ausbiegung des Bi-Metalls schon mit einer niedrigen Heizleistung realisiert werden können, und auch im Moment der Ausschaltung ein entsprechender Kontaktdruck zu dem sicheren Kontakt sichergestellt sein. Außerdem soll der Kontaktdruck bei den Schutzschaltern, trotz der bei seinen Einzelteilen unvermeidbaren Fertigungsstreuungen, innerhalb eines engen Bereichts konstant gehalten werden können. Es soll also eine Bi-Metall-Verbindung geschaffen werden, die

einerseits dem Schutz des Motor !compressors dient, andererseits bei einem Anlassen mit einem PTC-Widerstand nach Ausschaltung eine ausreichende Wartezeit sicherstellt.

Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung werden bei dem eingangs genannten Bi-Metall-Schalter die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs genannten Merkmale vorgeschlagen.

Ein nach der Erfindung gestaltetes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die den Kontakt tragende elastische Platte, Fig. 2 in perspektivischer Ansicht das Bi-Metall, Fig. 3 in Vorderansicht den Bi-Metall-Schalter, schematisch dargestellt,

Fig. 4 den Bi-Metall-Schalter ohne die den Kontakt tragende Tragplatte,

Fig. 5 die Vorderansicht des Bi-Metall-Schalters, wobei die Kontakte sich in einem offenen Zustand befinden,

Fig. 6 die schematische Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Bi-Metall-Schalters.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist ein einen beweglichen kontakttragender Kontaktträger 1 in Form einer elastischen Platte mit' einem U-förraigen Ausschnitt 2 ausgebildet, wodurch ein an seinem einem Ende befestigter elastischer Vorsprung 3 entsteht, dessen anderes Ende, frei beweglich ist. Der Kontaktträger 1 ist außerdem mit einer-Öffnung 4, einer schmalen Zunge 5 und Bohrungen 6, 7, 8 und 9 ausgestaltet. Der elastische Vorsprung 3 ist mit einer Öffnung 10 versehen, außerdem mit Zähnen 11, 12.

Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, ist ein Ende eines Bi-Metalls

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20 mit Bohrungen 21, 22 versehen, während das andere Ende 23 verjüngt und in einer zur Längsachse senkrechten Richtung umgebogen (gekröpft) ist; dieses Ende 23 ist an beiden Seiten mit Rillen 24, 25 versehen, die mit einem kleinen Spiel in die Öffnung 10 des elastischen Vorsprungs passen.

Aus den Figuren 3 und 4 ist ersichtlich, daß auf das Bi-Metall 20 bei einer indirekten Heizung eine Isolierung 30 aufgebracht ist, auf welche ein Heizwiderstand 31 aufgewickelt wird; dessen eines Ende 32 ist mit dem Bi-Metall 20 verschweißt, das andere Ende bildet die Klemme 33. Der bewegliche Kontaktträger 1, das Bi-Metall 20 und eine Tragplätte 34 sind untereinander mit Nieten 35, 36 befestigt.

Zur Einstellung der Biegung des Bi-Metalls 20 bzw. zur Ein™ stellung der Ausschaltdauer ist eine Schraube 37 angeordnet. Zur Schaltung des Stromkreises sind an dem Kontaktträger 1 sowie an einem einen stationären Kontakt tragenden Kontaktträger 39 Silberkontakte 40, 41 befestigt.

Die Betätigung des beschriebenen Schalters wird mittels einer Omegafeder 38 ausgelöst, die einerseits zwischen den *-* Zähnen 11, 12 des elastischen Vorsprungs 3, andererseits in der Öffnung 4 des Kontaktträgers 1 gehalten wird; sie dient auch der Sicherstellung des erforderlichen Kontaktdruckes.

Gemäß Fig. 5 ist als Anschlag für die Zunge 5, bei Ausschalten des Bi-Metall-Schalters, innerhalb des Gehäuses 42 eine Grenzfläche 43 angeordnet.

Wie aus der Fig. 6 ersichtlich, schließt sich der Stromkreis., von der Netzklemme 51 ausgehend, über den den nicht-beweg-

baren Kontakt 41 tragenden Kontaktträger 39, die Kontakte 41, 40, den beweglichen Kontaktträger 1_# die Tragplatte 34, das Bi-Metall 20, den Heizwiderstand 31, die Klemme 33 und die Wicklung 50 bis zur Netzklemme 52.

Bei entsprechendem Stromfluß erwärmt der Heizwiderstand 31 das Bi-Metall 20, es biegt sich nach oben, wodurch der elastische Vorsprung 3 ebenfalls nach oben gebogen wird, die Vorspannung der omgaförmigen Feder 38 nimmt allmählich zu; den Totpunkt verlassend zwingt das Bi-Metall 20 den den beweglichen Kontakt 40 tragenden Kontaktträger 1 zu einem schnellen Ausbiegen, wodurch sich der Kontakt 40 von dem nicht-beweglichen Kontakt 41 mit einer schnellen Bewegung entfernt, der Stromkreis unterbrochen wird und der Vorsprung 5 an der Fläche 43 anschlägt. Nach erfolgter Unterbrechung des Stromkreises kühlt sich das Bi-Metall 20 ab, es biegt sich nach unten, wodurch die Vorspannung der omegaförmigen Feder 38 wieder größer wird. Der den beweglichen Kontakt tragende Kontaktträger 1 springt schließlich in die vorher eingenommene Stellung zurück, der Stromkreis kann sich über die Kontakte 40, 41 schließen.

Durch entsprechende Auslegung (Dimensionierung) des Heizwiderstands 31 sowie mittels der Justierschraube 37 kann die Auslösecharakteristik des Bi-Metall-Schalters variiert werden. Durch Umbiegen der Zunge 5 wird die Wiedereinschaltzeit variiert: ist nach erfolgter Ausschaltung der Abstand zwischen den Kontakten 40, 41 groß, bzw. wird die Zunge 5 in der dargestellten geraden Lage belassen, wird die Wiedereinschaltzeit lang sein, wenn aber die Zunge 5 abwärts gebogen ist, bzw. der Abstand zwischen den Kontakten 40, 41 geringer ist, wird,mit der vorherigen Zeitspanne verglichen, die Wiedereinschaltung früher vorgenommen.

Die Verlängerung der Dauer bis zur Wiedereinschaltung kann auch in der Weise erreicht werden, daß die Breite des Bi-

Metalls die übliche Breite überschreitet, also etwa so
gewählt wird, daß diese mit der Größe des beweglichen Kontaktträgers beinahe übereinstimmt; auf diese Weise kann
die Wärmekapazität erhöht werden.

Eine derartige Erweiterung der Breite des Bi-MetalIs 20
wird dadurch ermöglicht, daß in die Ebene des Kontaktträgers 1 lediglich der schmale Teil 23 sowie der elastische
Vorsprung 3 einbiegen. Auf diese Weise, als Folge der
größeren Breite des Bi-Metalls 20, wird auch die Kraftentfaltung erhöht.

Ein Vorteil des nach der Erfindung ausgebildeten Schalters liegt darin, daß bei kleinen geometrischen Abmessungen sowohl die Wärmekapazität als auch die Kraftentfaltung des
Bi-Metalls 20 erhöht werden.

Auch kann erreicht werden, daß trotz der kleinen Abmessungen ein gut gegelbaret Bi-Metall-Schalter hergestellt werden kann, bei dem der Kontaktdruck im wesentlichen bis zum Moment der Ausschaltung konstant bleibt, dennoch aber die
Aus- und Einschaltungen ohne Prellung der Kontakte vor sich gehen.

Exn weiterer Vorteil liegt darin, daß der Bi-Metall-Schalter aus wenigen und leicht herstellbaren Bauteilen gefertigt
werden kann; die Verwendung eines Bi-Metalls von erstklassiger Qualität erübrigt sich.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Vorspannung der omgaförmigen Feder während der Serienproduktion auf einem konstanten Wert gehalten werden kann, da die Genauigkeit der Einspannweite durch den mit dem
Werkzeug ausgeschnittenen Teil, durch den den Kontakt tragendenKontaktträger, sichergestellt wird.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn der den beweglichen Kontakt 40 tragende elastische Kontaktträger 1 sowie der elastische Vorsprung 3 aus einem dünnen, zweckmäßig 0,2 mm starken Bronzeblech gefertigt werden, wodurch bei Bewegung der omegaförmigen Feder 38 an deren V-förmigen Schenkeln und 45 nur eine geringere Reibung auftritt.

Bei den bekannten Lösungen nämlich, bei welchen das Bi-Metall sich unmittelbar an der Omegafeder abstützt, wird im Interesse der Herabsetzung der Reibung das Ende des Bi-Metalls in Keilform ausgearbeitet, was selbstverständlich zur Erhöhung der Produktionskosten führt.

Ausführliche Laborversuche haben eindeutig bestätigt, daß ein nach der Erfindung ausgebildeter Bi-Metall-Schalter einen zuverläßigen Schutz für den Motor bietet. Die Aus- und Wiedereinschaltdauer können innerhalb weiter Grenzen variiert werden; auch zeigen die eingestellten Werte nach den für Motorkompressoren vorgeschriebenen Lebensdauerprüfungen nur geringere Diffenzen.

Claims

F ü N E R L·. R ii I N O H A U S FINCK

PATENTANWÄLTE f Uf<O f I AN P ATLNT ATTORNEYS

MARIAHILF-Pl ATZ 2 A 3, MÜNCHEN SJO POSTADRESSE: POSTFACH 9f> OI 6Q, D-HOOO MUNCHfEN 95

HÜTÖGEPGYAR DEAB-31157.9

28. Juli 1983

BI-METALL-SCHALTER, INSBESONDERE ZUM SCHUTZ VON MOTORKOMPRESSOREN

Patentanspruch

Bi-Metall-Schalter insbesondere zum Schutz von Motorkompressoren, der aus einem einen Kontakt tragenden, elastischen, stromleitenden Kontaktträger, aus einem nicht-bewegbaren und einem beweglichen Kontakt, einer omegaförmigen Feder, aus einem Bi-Metall, einem mit dem Bi-Metall verbundenen Heizwiderstand aufgebaut ist, wobei das eine Ende des Heizwiderstandes mit dem Bi-Metall elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem den beweglichen Kontakt (40) tragenden, mit einem longitudinalen U-förmigen Ausschnitt (2) versehenen elastischen Kontaktträger (1) ein an seinem einen Ende befestigter, elastischer Vorsprung (3) gebildet ist, daß ein Schenkel (44) der omegaförmigen Feder (38) sich dem Ende des elastischen Vorsprungs (3), vorzugsweise zwischen begrenzenden Zähnen (11, 12), anpaßt, daß der andere Schenkel (45) in

in eine in dem dem Kontakt (40) tragenden elastischen
stromleitenden Kontaktträger (1) zweckmäßig ausgestaltete Öffnung (4) gelenkig und entsprechend vorgespannt eingepaßt ist, und daß am Ende des Bi-Metalls (20) vorgesehene Rillen (24, 25) mit kleinem Spiel in die Öffnung (10) des elastischen Vorsprungs (3) eingepaßt sind.