DE3401968A1 - Schutzschalter fuer elektromotoren - Google Patents
Schutzschalter fuer elektromotorenInfo
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Description
Schutzschalter für Elektromotoren
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Schalter und insbesondere auf Schalter, die auf Temperatur ansprechende
Bimetall-Elemente zur Schalterbetätigung verwenden. Die
Erfindung betrifft vor allem, jedoch nicht ausschließlich, die Anwendung solcher Schalter auf dem Gebiet des Elektromotorschutzes .
Erfindung betrifft vor allem, jedoch nicht ausschließlich, die Anwendung solcher Schalter auf dem Gebiet des Elektromotorschutzes .
Das Prinzip zum Schutz elektrischer Motoren mittels Bimetallschaltern,
von denen beispielsweise einer im britischen Patent Nr. 903807 dargestellt ist, ist bekannt.
Der Schutzschalter ist in Reihe mit den Motorwindungen geschaltet und soll bei Überlast des Motors den Kreis
öffnen, bevor die Windungen ihre Temperaturgrenze bzw. maximal zulässige Temperatur erreichen. Er muß jedoch
andererseits den gesamten Laststrom bei allen Umgebungstemperaturen, denen der Motor unterliegt, hindurchlassen,
damit der Motor seine volle beabsichtigte Leistung entwickeln kann. Dies wirft insbesondere bei Permanentmagnet-Niedrigspannungsmotoren
Probleme auf, die z.B. in Kraft-
F/22 ,
Postscheck (München) Kto. 670-43-804
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fahrzeugen verwendet werden. Diese Motoren sollen auch zusätzlich zur Abgabe eines großen Drehmoments bei geringer
Baugröße eine zufriedenstellende Leistungscharakteristik
haben und bei Umgebungstemperaturen von -40°C bis +80 C geschlitzt sein, um den Anforderungen des Kraftfahrzeugherstellers
gerecht zu werden.
Solche Motoren müssen neben der Erfordernis in einem derartig großen Umgebungstemperaturbereich zu arbeiten,
auch mit geringem Gewicht konstruiert sein, um das Gewicht des Fahrzeugs zu verringern und seinen Kraftstoffverbrauch
zu verbessern. Die Leichtbaukonstruktion bedeutet, daß der Motor eine geringe thermische Masse hat und seine
Temperatur rasch ansteigt, wenn er belastet wird, und dennoch muß er in der Lage sein, das gesamte vom Kraftfahrzeughersteller
geforderte Drehmoment zu erzeugen. Motorschutzvorrichtungen unterliegen daher einer Vielzahl
von widersprüchlichen Anforderungen in ihrer Leistungscharakteristik; die Entwicklung großer Drehmomente erfor-
dert große Motorströme, die für eine kurze Zeitdauer ohne Störauslösung des Schutzschalters auszuhalten sind, und ·
dennoch muß der Schutzschalter vor dem Motor-Überlaststrom
schützen, der mit der Zeit abnimmt, da die dazugehörige hohe Windungstemperatur einen Anstieg des Widerstands
der Wicklung verursacht. Ein typischer Autofenster-Hebemotor
z.B. soll mit hoher Last für eine kurze Zeit (beispielsweise 6 s) mit Strömen nahe bei einem Überlaststrom
von 20 Ampere arbeiten, ohne daß der Schutzschalter eine Störauslösung vornimmt. Die Stromerwärmung des Ankers
während Überlastbedingungen führt zu einem Ansteigen der Temperatur der Windungen und einem Abfall des Überlaststroms
auf ungefähr 12 Ampere. Es ist somit offensichtlich, daß der Schutzschalter relativ unempfindlich gegenüber
großen Strömen sein muß, jedoch empfindlich gegenüber niedrigen Strömen, die über eine längere Zeit anhalten.
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Vorrichtungen wie z.B. die im britischen Patent Nr. 903807 dargestellte, sind beim Schutz von elektrischen Niedrigspannungsmotoren
weit verbreitet. Die Kennlinien dieser Vorrichtungen können dargestellt werden, indem die Unterbrechungszeit
über verschiedenen Strömen aufgetragen wird. Fig. 1, die bereits an dieser Stelle erläutert werden
soll, zeigt ein Diagramm, bei dem die vertikale Achse den in Ampere gemessenen Strom und die horizontale Achse
die Unterbrechungszeit in Sekunden darstellt; das Diagramm
zeigt, daß die Kennlinie für Vorrichtungen des Stands
der Technik gemäß dem Typ des britischen Patents 903807,
die durch durchgezogene Linien dargestellt sind, relativ flach verlaufen; dies erfordert eine Anzahl von verschiedenen
Schaltern mit unterschiedlichen Bimetall-Widerständen,
um die geforderte Charakteristik im Bereich des hohen Stroms bzw. des niedrigen Stroms zu bilden. Es ist häufig
schwierig, einen Schalter mit den geforderten Eigenschaf ten an beiden Enden der Zeitachse herzustellen, und der
häufig verwendete Schutzschalter ist ein Kompromiß zwisehen beiden Anforderungen. Nichtsdestoweniger haben die
Schutzschalter dieses Typs einen angemessenen Schutz für · auf herkömmliche Arten konstruierte Motoren geschaffen.
Die Konstruktion von Motoren noch leichteren Aufbaus hat 25· eine Änderung der Eigenschaften solcher Schutzschalter
erfordert, wobei eine längere Ansprechzeit bzw. Unterbrechungszeit bei hohen Strömen gegeben und der Wert des Stroms, bei dem der Schutzschalter
letztlich auslöst, verringert sein soll. Eine Annäherung an diese Erfordernis lag in der Herstellung
des 'Schutzschalters aus zwei Bimetall-Stücken, die auf einer Grundplatte montiert sind. Ein dünneres Bimetall ist
Rücken an Rücken mit einem dickeren Bimetall montiert und dazu verwendet, eine anfängliche Erhöhung des Kontaktdrucks
zwischen einem beweglichen Kontakt am dickeren Bimetall und einem festen Kontakt an der Grundplatte zu bewirken,
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·"■ wodurch die Betriebstemperatur des Schutzschalters ansteigt
und eine längere Ansprechzeit bei großen Strömen erzielt ist. Die gegenteilige Wirkung tritt bei fallenden
Temperaturen auf und die Erholzeit (remake time) steigt ebenfalls an, wodurch eine Begrenzung der Energieaufnahme des Motors gewährleistet ist, so daß die Windungen eine sichere Arbeitstemperatur nicht übersteigen. Schutzschalter dieser Konstruktion stellen die Unterbrechung und die Verbindung langsam her und erfordern große Silberkontakte, um die Lichtbogenbildung auszuhalten. Diese Lichtbogenbildung führt auch zu R^aiostörungen bei Autoradios usw., und kann die Arbeitsweise elektronischer Geräte im Auto beeinflussen. Die Herstellung dieser Vorrichtung ist kompliziert und die Leistungscharakteristik kann sich mit der Lebensdauer beträchtlich verändern, da die Silberkontakte durch den Lichtbogen verschlissen v/erden; dies verursacht Veränderungen in der Geometrie des Bimetalls.
Temperaturen auf und die Erholzeit (remake time) steigt ebenfalls an, wodurch eine Begrenzung der Energieaufnahme des Motors gewährleistet ist, so daß die Windungen eine sichere Arbeitstemperatur nicht übersteigen. Schutzschalter dieser Konstruktion stellen die Unterbrechung und die Verbindung langsam her und erfordern große Silberkontakte, um die Lichtbogenbildung auszuhalten. Diese Lichtbogenbildung führt auch zu R^aiostörungen bei Autoradios usw., und kann die Arbeitsweise elektronischer Geräte im Auto beeinflussen. Die Herstellung dieser Vorrichtung ist kompliziert und die Leistungscharakteristik kann sich mit der Lebensdauer beträchtlich verändern, da die Silberkontakte durch den Lichtbogen verschlissen v/erden; dies verursacht Veränderungen in der Geometrie des Bimetalls.
Andere bekannte Vorrichtungen verwenden Bimetalle mit getrennten Heizbrücken bzw. eine innere oder äußere Heizeinrichtung,
um die Vorrichtungseigenschaften zu verän- · dern. Die Leistung solcher Schutzschalter verändert sich
jedoch mit ihrer Ausrichtung; sie haben einen komplizierten Aufbau, um die Wärme vom Heizelement auf das Birnetall
zu übertragen.
Einige der Nachteile der Vorrichtung gemäß dem britischen Patent Nr. 903807 wurden durch ein in der deutschen Patentanmeldung
P 28 11 503.9-32 beschriebenes Verfahren verrin-
gert. Hierbei wird ein ein Bimetall tragender Anschluß
der Schutzvorrichtung an einem Metallbürstenhalter des Elektromotors oder an den dicken Drahtwindungen eines Störunterdrückers
angebracht. Während einer kurzen Zeitdauer hohen Stroms wirken der vergleichsweise kalte Metallbürstenhalter
oder die Windungen als eine Wärmesenke und verringern
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die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit des Bimetalls in der Vorrichtung, so daß die erste Unterbrechungszeit verlängert
ist. Im Falle andauernder Überlast oder Überbeanspruchung erwärmen sich der Metallbürstenhalter oder die
Windungen, und Wärme fließt dann von dem Bürstenhalter oder den Windungen über den Messinganschluß zum Bimetall
. und bringt dieses bei einem geringeren Strom zur Funktion. Die Wärmeaufnahme verringert auch die Abkühlung des Bimetalls;
dies führt zu einer verlängerten Erholzeit und geringeren Energieaufnahme des Motors bei folglich geringeren
Windungstemperaturen. Dieses Verfahren kann offensichtlich nur bei Motoren mit Störunterdrückern oder vergleichsweise
gro-ßen Metallteilen bei der Bürstenhalterkonstruktion angewendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schutzschalter für Elektromotoren zu schaffen, der keinen der
oben erwähnten Nachteile aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 gelöst.
Die Erfindung beruht darauf, Trägerteile für einen oder mehrere der An-'
Schlüsse,für Kontakte und Bimetall eines Schalters wie z.B. des im britischen Patent Nr. 903807 beschriebenen,
die herkömmlicherweise aus Messing und mit geringem elektrischen Widerstand hergestellt sind, so zu fertigen,
daß sie einen relativ hohen elektrischen Widerstand haben, der so ausgewählt ist, daß sie sich relativ zur Selbsterwärmung des Bimetalls bei den durchfließenden Strömen langsam selbst erwärmen. Bei hohen Strompegeln wie z.B. beim Kurzschluß ist die Bimetall-Erwärmung vorherrschend und die Erwärmung der Anschlüsse hat eine vernachlässigbare Wirkung; am anderen Ende der Stromskala aber, z.B. bei einem reinen Überlaststromfluß, kann die Selbsterwärmung der Anschlüsse bedeutend zur gesamten Schalterfunktion beitragen.
daß sie einen relativ hohen elektrischen Widerstand haben, der so ausgewählt ist, daß sie sich relativ zur Selbsterwärmung des Bimetalls bei den durchfließenden Strömen langsam selbst erwärmen. Bei hohen Strompegeln wie z.B. beim Kurzschluß ist die Bimetall-Erwärmung vorherrschend und die Erwärmung der Anschlüsse hat eine vernachlässigbare Wirkung; am anderen Ende der Stromskala aber, z.B. bei einem reinen Überlaststromfluß, kann die Selbsterwärmung der Anschlüsse bedeutend zur gesamten Schalterfunktion beitragen.
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Ein nachstehend beschriebenes Ausführungsbeispiel der
Erfindung besteht aus einem Schalter, der im Aufbau ähnlich demjenigen des britischen Patents Nr. 903807 ist,
mit der Ausnahme, daß das Bimetall mehr bei seinem mittleren Ast als bei der seine äußeren Äste verbindenden Brücke
angebracht ist. Bei herkömmlichen Schaltern dieses Aufbau haben sich die Anschlüsse und Montierstellen überlappt
und dadurch eine einzelne Herstellung dieser Teile aus
getrennten Metall tafeln erfordert; diese Teile haben einen Weg mit vergleichsweise niedrigem Widerstand für den
Durchgang von Strom mit sich gebracht. Erfindungsgemäß
werden die Teile in langer dünner Form mit erhöhtem Widerstand hergestellt und können trotzdem genau am Ort gehalten
werden, um die mechanischen Toleranzen der Konstrpktion zu verkleinern. Diese Anschluß- und Halteteile sind vorzugsweise
aus einem Werkstoff mit relativ hohem Widerstand wie z.B. einer Nickel-Chrom-Legierung oder rostfreiem
Stahl hergestellt, um an den Anschlüssen einen relativ hohen Widerstand zu bilden. Die Anschlüsse werden fest
in einem thermoplastischen oder thermostatoplastischen Formgebungsverfahren gehäusemäßig umschlossen, so daß
eine widerstandsfähige Konstruktion mit kleinen Abmessungen
erreicht ist.
Die Bimetallfeder kann jegliche Form haben, mit oder ohne Schnappwirkung, und aus einer Legierung mit niedrigerem
Widerstand als dem bei den herkömmlichen im britischen
Patent Nr. 903807 gezeigten Vorrichtungen erforderlichen gefertigt sein.
Beim Betrieb des neuen Schalters hat, während dem Fluß hoher Ströme, wenn der Motor der vollen Drehmomentbelastung
bzw. kurzzeitigen Überlast unterliegt, die in den Anschlüssen erzeugte Wärme keine Zeit, das Bimetall zu
erreichen, und nur die Selbsterwärmung des Bimetalls durch seinen eigenen Widerstand verursacht einen Temperaturan-
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anstieg des Bimetalls. Da das Bimetall einen vergleichsweise niedrigen Widerstand hat,reicnt der Temperaturanstieg
in den ersten Sekunden der Überlast nicht aus, um eine Öffnung des Schaltkreises durch den Schutzschalter
zu bewirken. Falls die Überlast anhält, öffnet der Schutzschalter durch Schnappen seinen Kontakt und schützt dadurch
den Motor, und schließt diesen wieder, wenn das Bimetall auf seine Schließtemperatur abgekühlt ist. Die
Energieaufnahme der Windungen erhöht deren Temperatur und daher deren Widerstand, was einen abfallenden Überlaststrom
zur Folge hat. Dies ist in Fig. 1 gezeigt. Während dieser Zeit wirkt sich der Effekt der Anschlußerwärmung
auf das Bimetall aus und wirkt somit dem geringeren Erwärmungseffekt eines abnehmenden Stroms im Bimetall
entgegen. Es ist offensichtlich, daß eine- Bimetallfeder
mit Widerstandanschlüssen auf einen geringeren Stromwert anspricht als eine ähnliche Einheit mit Messinganschlüssen.
Die steile Zeit/Strom-Kennlinie der neuen Vorrichtung ist in Fig. 1 gezeigt und den Kennlinien der herkömmlichen
Vorrichtungen überl-igert und so festgesetzt, daß bei 1300C
und bei einer Umgebungstemperatur von 200C + 2°C eine ·
Öffnung erfolgt; es ist offensichtlich, daß die Kurve für die erfindungsgemäße Vorrichtung wesentlich steiler
als für die herkömmlichen Vorrichtungen ist. Ein Hauptvor-
25· teil dieser Konstruktion liegt darin, daß die Eigenschaften
einer Vielzahl von Bimetallen der herkömmlichen Konstruktion
durch die Kennlinie dieser Vorrichtung vereint sind. Somit erfüllt eine erfindungsgemäße Vorrichtung
mit einem speziellen Bimetall die gleiche Funktion wie verschiedene Vorrichtungen des Stands der Technik, die
unterschiedliche Bimetalle verwenden. Dies verringert die Anzahl der herzustellenden Typen und spart Arbeit
während der Herstellung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend
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anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen Strombelastung (gemessen in Ampere) und Unterbrechungszeit
(gemessen in Sekunden) für verschiedene Vorrichtungen des Stands der Technik
(gezeigt in durchgezogenen Linien im Schaubild) und für einen beispielhaften erfindungsgemäß
konstruierten Schalter (gestrichelte Linie im
Schaubild),
Fig. 2-1 eine Draufsicht eines ersten Anschlußteils mit einem Vorsprung zum Anbringen eines festen Kontakts
des Schalters,
Fig. 2-2,2-3 bzw. 2-4 eine Draufsicht, Endansicht bzw. Seitenansicht eines zweiten Anschlußteils mit
einem Vorsprung zum Anbringen eines Bimetall-Schalterbetätigungselements des Schalters,
Fig. 2-5 ein beispielhaftes Bimetall-Schalterbetätigungselement,
und
Fig. 2-6,2-8, 2-9 bzw. 2-10 einen vollständigen erfindungsgemäßen Schalter in Draufsicht, erster bzw.
zweiter Seitenansicht, Endansicht und Schnittansicht (entlang Linie A-A in Fig. 2-6).
Die Fig. 2-1 bis 2-10 zeigen den Aufbau eines typischen erfindungsgemäßen Schutzschalters, wobei die speziellen
Schalterteile in den verschiedenen Figuren mit der gleichen Zahl wie die entsprechende Figur, die das Teil darstellt,
bezeichnet sind. Die Fig. 2-1 und 2-2 zeigen insbesondere die Trägerteile für die Anschlüsse sowie das Bimetall und den
Festkontakt, die z.B. aus rostfreiem 18/8 Nickel/Chromstahl
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durch Stanzen und Pressen aus einem zusammenhängenden
Streifen vorteilhaft in einem kontinuierlichen, kammartigen Muster
hergestellt sind, wobei die beiden Teile in den relativen Stellungen zueinander angeordnet sind, die sie im fertiggestellten Schutzschalter haben, wodurch die Formgebungsherstellung des synthetischen Plastikgehäuseteils des Schalters erleichtert ist. Die Fig. 2-3 und 2-4 zeigen entsprechende Seitenansichten des Bimetall-Bauteils und stellen die Gestalt eines verlängerten L-förmigen Armab-Schnitts dar, in den eine Brücke eingepreßt ist, an der die Zunge eines Bitnetalls mit Schnappwirkung (nachstehend beschrieben) durch Schweißen befestigt ist. Das Teil gemäß Fig. 2-1 dient zum Anbringen des festen Kontakts des
Schalters.
hergestellt sind, wobei die beiden Teile in den relativen Stellungen zueinander angeordnet sind, die sie im fertiggestellten Schutzschalter haben, wodurch die Formgebungsherstellung des synthetischen Plastikgehäuseteils des Schalters erleichtert ist. Die Fig. 2-3 und 2-4 zeigen entsprechende Seitenansichten des Bimetall-Bauteils und stellen die Gestalt eines verlängerten L-förmigen Armab-Schnitts dar, in den eine Brücke eingepreßt ist, an der die Zunge eines Bitnetalls mit Schnappwirkung (nachstehend beschrieben) durch Schweißen befestigt ist. Das Teil gemäß Fig. 2-1 dient zum Anbringen des festen Kontakts des
Schalters.
Fig. 2-5 zeigt eine beispielhafte Form der Bimetallfeder,
die verwendet werden kann, wobei sich eine ausführlichere
Beschreibung einer solchen Feder in der britischen Patentanmeldung Nr. 83252 und in der entsprechenden deutschen
Patentanmeldung P 33 27 511.4, japanischen Patentanmeldung Nr. 139329/1983 und US-Patentanmeldung Nr. 517300 findet, i
deren Offenbarung im Wege der Bezugnahme hiermit eingeschlossen ist. Die Feder ist gewölbt und dadurch zwischen
zwei gegenseitig gekrümmten Konfigurationen mit Schnappwirkung
25- beweglich und im allgemeinen birnenförmig mit einem U-förmigen
Ausschnitt, der eine Zunge bildet, die zum Anbringen der Feder an dem Brückenabschnitt des in den Fig.
2-3 bis 2-4 gezeigten Teils dient, wobei das Spitzenende der Zunge an die Brücke punktgeschweißt ist. Der bewegliehe
Kontakt des Schutzschalters ist an dem engen Ende der Feder zwischen der Beugung des U-förmigen Ausschnitts
und der benachbarten "Nase" angebracht, die an der Feder zum Zusammenwirken mit einem Begrenzungsanschlag 10 im
Gehäuseabschnitt des Schalters zur Begrenzung der Kontakt-Öffnungsbewegung der Bimetallfeder angeformt ist. Wie
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in den oben erwähnten Patentanmeldungen ausführlicher
beschrieben ist, laufen die seitlichen Abschnitte der Bimetallfeder auf jeder Seite der Zunge konisch zu, wie
aus Fig. 2-5 ersichtlich ist, und zwar vom größeren Endabschnitt der Feder im Bereich des Fußendes der Zunge in
Richtung des kleineren Endabschnittes der Feder im Bereich der Beugung des U-förmigen Ausschnitts. Diese Federgestalt
ist darin vorteilhaft, daß die birnenförmige Federgestalt
zusammen mit dem Dünnerwerden der äußeren Seitenarme in Richtung des schmaleren Endes der Feder verbesserte
mechanische Schalteigenschaften und verbesserte Selbsterwärmungseigenschaften
der Feder zeigen, was zu einer verbesserten Betriebsbeständigkeit führt.
Die Fig. 2-6 bis 2-10 zeigen die Anschlüsse und Trägerteile
gemäß den Fig. 2-1 und 2-4 zusammengebaut mit einem unter Druck geformten Schaltergehäuseteil 20, wobei diese Baueinheit
im Spritzgußverfahren des Gehäuseabschnitts um die Anschlüsse und Trägerteile hergestellt ist; sie zeigen
jedoch nicht das am Schalter angebrachte Bimetall, obwohl in Fig. 2-6 die Außenkontur des Bimetalls in gestrichelten
Linien dargestellt ist, um anzudeuten, wie dieses angebracht ist. Eine ausführlichere Beschreibung des Schalters
ist hier nicht erforderlich, da die Konstruktion und An-Ordnung der Teile des Schalters in vielerlei Hinsicht
ähnlich derjenigen des Schalter-Typs G65 ist, der von Otter Controls Ltd. of Buxton, Derbyshire, England,
hergestellt und vertrieben wird, und da eine Betrachtung der Zeichnungen dem Fachmann diejenigen Unterschiede darlegt,
die darüberhinaus neben den erfindungsgemäßen Unterschieden bezüglich der elektrischen Widerstände der Bauteile,
die teilweise durch die Werkstoffauswahl und auch
durch verschiedene Abmessungen erreicht werden, bestehen.
Bei der herkömmlichen Gestaltung des Schutzschalters gemäß
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dem britischen Patent Nr. 903807 war es häufig notwenJig,
die Vorrichtung auf eine Temperaturtoleranz von ±5°C zu
kalibrieren, um die geforderten Eigenschaften an beiden Enden der Unterbrechungszeitskala genau zu erfüllen. Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es im allgemeinen ausreichend, die Vorrichtung zu kalibrieren, indem eine
Messung der Unterbrechungszeit für einen gegebenen Strom mit einer großen Toleranzbreite vorgenommen wird. Bei
herkömmlichen Vorrichtungen wirkte sich der Widerstand des Bimetalls erheblich auf die Bestimmung der Bandbreite
der Eigenschaften aus, und die variierenden Eigenschaften
des Bimetalls verursachten bei verschiedenen Arten des ' Bimetalls eine Änderung des Ergebnisses. Bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung können die Anschlüsse einen größeren Widerstand als die Bimetallfeder haben, so daß Änderungen
des Bimetallwiderstands eine vergleichsweise geringere Auswirkung auf die Gesamtcharakteristik des Schalters
haben. Der Effekt der Widerstandserwärmung in den Anschlüssen soll die allgemeine Umgebungstemperatur in-
nerhalb des Schutzschaltergehäuses erhöhen, was zu einer
längeren Erholzeit mit geringeren Schaltzyklen während · der Uberlastzeit führt.
Zwei beispielhaft wie vorstehend beschrieben konstruierte 25· Schalter hatten im Zustand geschlossener Kontakte einen
Anschluß-zu-Anschlußwiderstand von 22 mOhm (milli-Ohm) bzw. 40
mOhm bei entsprechenden Bimetallwiderständen (d.h. der Anteil des Bimetalls allein für den Anschluß-zu-Anschlußwiderstand) von 2 mOhm bzw. 20 mOhm. Der Schalter mit höherem Widerstand war zur Verwendung in Prallen relativ niedrigen Stroms bestimmt.
mOhm bei entsprechenden Bimetallwiderständen (d.h. der Anteil des Bimetalls allein für den Anschluß-zu-Anschlußwiderstand) von 2 mOhm bzw. 20 mOhm. Der Schalter mit höherem Widerstand war zur Verwendung in Prallen relativ niedrigen Stroms bestimmt.
Die Verwendung von Thermoplasten beim Aufbau des Schalters
zusammen mit Teilen- hohen Widerstands kann theoretisch zu einer Erwärmung der Widerstandsteile führen, die ein
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Schmelzen des Thermoplasten verursacht. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei Bimetallschnapptemperaturen unterhalb
170 C die Vorrichtung sich selbst schützt, da die in den Anschlüssen erzeugte Wärme eine Betätigung des
Bimetall-Schnappelements verursacht, bevor das Nylon seine Schmelztemperatur erreicht. Die Verwendung einer gegossenen
Einheit erhöht die thermische Masse des Schalters und trägt zu den Vorteilen niedriger Empfindlichkeit gegenüber
hohen kurzzeitigen Strömen bei. Die Vorrichtung hat auch Vorteile beim Schutz von Motoren für
große Stromnetzspannung wie z.B. Waschmaschinenmotoren mit geschalteten bzw. umschaltbaren Polen. Der Schutzschalter
muß dem Motor erlauben, während des Hochlaufens auf Höchstdrehzahl bei annähernd Überlaststrom das maxima-Ie
Drehmoment zu entwickeln, wenn in der Trommel noch Wasser vorhanden ist; dies erfordert, daß der Schutzschalter
für ungefähr 10 s gegenüber hohen Strömen unempfindlich ist. Gleichzeitig muß der Schutzschalter gegen Überlastströme
über eine längere Zeitdauer hinweg schützen, und die Widerstandsanschlußelemente erzeugen eine ausreichende
Wärme, um den Schalter bei niedrigeren Überlast- ' strömen mit ansteigenden Windungstemperaturen auszulösen.
Herkömmliche Vorrichtungen mußten für engere. Temperaturtoleranzen kalibriert werden, und es ist nun möglich,
25· den Motor mit einem Schutzschalter zu schützen, der einen
großen Bereich von Schnapp- bzw. Schalttemperaturen hat. Dies erhöht den bei der Herstellung verfugbaren Ertrag
und senkt die Herstellungskosten.
Offenbart ist ein Überlastschutzschalter für einen Elektromotor,
mit einem Bimetall-Schalterbetätigungselement, das einen beweglichen Kontakt des Schalters trägt, mit
einem ersten Anschlußteil mit einem Vorsprung, der eine Anbaustelle für das Bimetall bildet, und mit einem zweiten
Anschlußteil mit einem Vorsprung, der einen feststehenden
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Kontakt des Schalters trägt, wobei das erste sowie das zweite. Anschlußteil in einem gegossenen Plastikschaltergehäuseteil
aufgenommen sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen Schaltern dieses Typs, bei denen die Anschlußteile
aus einem Material mit geringem elektrischen Widerstand gefertigt sind, sind diese Teile erfindungsgemäß aus einem
Werkstoff mit hohem Widerstand gefertigt, der so ausgewählt ist, daß bei sehr hohen Überlaststrompegeln die
Widerstandserwärmung in den Anschlußteilen die S.chalteigenschaften des Schalters in Anbetracht der äußerst stark
.vorherrschenden Bimetallerwärmung nicht wesentlich beeinflußt; am anderen Ende der Überlaststromskala,beeinflußt
die Selbsterwärmung der Anschlußteile jedoch bedeutend die Schalterfunktion.
15
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Claims (10)
- Patentansprüche(·] Überlastschutzschalter, gekennzeichnet durch ein
Bimetall-Schalterbetätigungselement (2-5), das in Reihenschaltung mit Trägerteilen Tür Anschlüsse und Kontakte und/oder
Bimetall des Schalters angebracht ist und wobei ein oder mehrere dieser Teile aus einem Werkstoff mit einem relativ hohen elektrischen Widerstand hergestellt sind, der so gewählt ist, daß sie sich relativ zur Selbsterwärmung des Bimetalls bei Lastströmen des Schalters langsam selbst erwärmen, und wobei die Anordnung dergestalt . ist, daß bei relativ hohen Uberlaststrompegeln die Bimetallerwärmung zur Bestimmung der Funktion des Schalters vorherrscht und die Erwärmung in dem Teil bzw. den Teilen mit relativ hohem Widerstand eine im wesentlichen vernachlässigbare Auswirkung hat, während bei Strompegeln, die kaum am Überlastpegel liegen, die Selbsterwärmung des Teils bzw. der Teile mit relativ hohem Widerstand bedeutend zur Schalterfunktion beiträgt. - 2. Überlastschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Teile aus einem Werkstoff mit relativ hohem Widerstand ferner geometrisch so gestal-F/22Dresdner Bank (München) Kto. 3939844Postscheck (München) Kto. 670-43-804-2- DE 3639tet sind, daß der elektrische Widerstand erhöht ist.
- 3. Überlastschutzschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Teile aus einem Werkstoff -mit relativ hohem Widerstand eine Nickel-Chromlegierung oder rostfreien Stahl aufweisen.
- 4. Überlastschutzschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein gegossenes PIastikgehäuseteil (20), durch erste und zweite in dem Gehäuseteil befestigte Anschlüsse (2-1, 2-2) mit Vorsprüngen, die jeweils als Anbaustelle für das Bimetall (2-5) bzw. für einen festen Kontakt des Schalters dienen, wobei das Bimetall einen beweglichen Kontakt trägt, der mit dem feststehenden Kontakt zusammenwirkt, und wobei mindestens einer der Anschlüsse aus einem Werkstoff mit hohem Widerstand gebildet ist.
- 5. Überlastschutzschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetall-Schalterbetätigungselement (2-5) ein Element mit Schnappwirkung
ist. - 6. Überlastschutzschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetall-Schalterbetätigungselement (2-5) eine gespannte Bimetallfeder umfaßt, die zwischen zwei gegensätzlich gewölbten Konfigurationen mit einer
Schnappwirkung beweglich ist, daß ein im allgemeinen U-förmiger Ausschnitt in der Feder eine Zunge bildet, die sich zwischen zwei Seitenästen der Feder erstreckt, wobei die Feder mittels der Spitze der Zunge, die an einer entsprechenden Federanbaustelle des Schalters befestigt ist, in den Schalter eingebaut ist, und daß ein beweglicher Kontakt des Schalters an einem Abschnitt der Feder angebracht ist, der die beiden Seitenäste der Feder-3- DE 3639im Bereich der Beugung des U-förmigen Ausschnitts verbindet. - 7. Überlastschutzschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallfeder (2-5) im allgemeinen birnenförmig ist und im Bereich des Fußes der Zunge einen größeren Abschnitt und im Bereich der Spitze der Zunge einen kleineren Abschnitt hat, wobei sich der größere und kleinere Abschnitt an gegenüberliegenden Enden der zwei Seitenäste der Feder befinden·
- 8. Überlastschutzschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenäste der Bimetallfeder (2-5)
vom größeren Abschnitt in Richtung des kleineren Ab-Schnitts der Feder konisch zulaufen. - 9. Überlastschutzschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Begrenzungsanschlag (10) im Schalter ausgebildet ist, um die Kontaktöffnungsbewegung des Bimetall-Schalterbetätigungselements (2-5) zu begrenzen.
- 10. Überlastschutzschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er in Reihe25- mit den Windungen eines Elektromotors geschaltet ist.
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