DE3409393A1

DE3409393A1 - Thermoschutzschalter

Info

Publication number: DE3409393A1
Application number: DE19843409393
Authority: DE
Inventors: Donald K. Cambridge Merchant, Md.
Original assignee: AIRPAX CORP CAMBRIDGE MD; Airpax Corp
Current assignee: Airpax Acquisition LLC
Priority date: 1983-03-30
Filing date: 1984-03-14
Publication date: 1984-10-04
Anticipated expiration: 2004-03-15
Also published as: US4510479B1; DE3409393C2; CA1206190A; US4510479A; FR2543732A1; FR2543732B1

Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig

Airpax Corporation Cambridge, Maryland, V.St.A.

Patentanwälte

European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt

Dr phil G Henkel. München Dipl.-Ing. j Pfenning. Berlin Dr. rer. nat L Feiler. München Dipl -Ing W. Hänzel. München Dipl-Phys K.H.Meinig.Berlin Dr. Ing A Butenschön. Berlin

Möhlstraße 37
D-8000 München 80

Tel 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramm ellipsoid Telefax (Gr. 2+3). 089/981426

14. März 1984 Hz/bb 420C/30:G:CIP

Thermoschutζschalter

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Die Erfindung bezieht sich auf elektrothermisch betätigte Sprungkontakt-Schutzschalter oder -Stromkreis-Unterbrecher und betrifft insbesondere einen verbesserten Unterbrecher- oder Schutzschaltermechanismus zur Verwendung bei kompakt gebauten Sprungkontakt-Thermoschutzschaltern, welche die Funktionen von Schaltern und Stromkreisunterbrechern in sich vereinigen.

In der US-PS 2 911 503 ist ein kompakt gebauter Sprungkontakt-Schutzschalter beschrieben, der in seiner Schließstellung einen Stromkreis über ein Bimetallelement, ein Kontaktpaar und einen Hebel schließt.

Wenn sich das Bimetallelement unter einem Überstrom erwärmt, lenkt es den Hebel über das Zentrum einer Übermittenfeder aus, worauf der Schutzschalter in die Offenstellung springt.

^Bßi derartigen Schutzschaltern sind jedoch die Bimetallelemente im allgemeinen in Luft (frei) aufgehängt. Rück- oder gegenwirkende Elemente sind daher bestrebt, das Bimetallelement entgegengesetzt zu der für das Öffnen des Stromkreises erforderlichen Richtung nach unten zu biegen. Außerdem verwenden die Schutzschalter nach der genannten US-PS eine getrennte Heizeinheit und Heizelemente zum Erwärmen des Bimetallelements. Schließlich erfolgt bei den bisherigen Schutzschaltern deren Einstellung üblicherweise mittels einer

SO ungenauen Eich- oder Einstellschraube.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines verbesserten, elektrothermisch betätigbaren Schutzschaltermechanismus bzw. eines Thermoschutzschalters mit einem Thermoelement geringer Masse, das sich schnell erwärmt und schnell abkühlt und damit ohne Notwendigkeit für ein Hilfsheizelement eine kürzere Auslösezeit als bisherige Schutzschalter gewährleistet.

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Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
5

Erfindungsgemäß ist das Thermoelement im isolierten Gehäuse des Schutzschalters gehaltert. Das dabei verwendete Bimetallelement wird unmittelbar durch den Fluß des zu überwachenden Stroms erwärmt. Die Stromnennleistung des Schutzschalters läßt sich genau einstellen, indem ein Stift durch eine Öffnung im Schutzschal tergehäuse hindurchgeführt wird.

Der erfindungsgemäße Schutzschalter eignet sich be-¹^ sonders gut für Niederstrom-Anwendungsfälle. Da die Leistung eine Funktion der Dicke ist, enthält der Schutzschalter vorteilhaft ein dünnes Bimetallelement, das eine genaue und feinfühlige Betätigung des Geräts

bei sehr kleinen Strömen ermöglicht. 20

Die erfindungsgemäß verwendete dünne Bimetallzunge wirkt auch wie eine Feder zur Gewährleistung einer Biegewirkung gegen die Anfängsreibung. Die Bimetallzunge speichert dabei im wesentlichen mechanische Energie, welche die temperaturabhängigen Biegekräfte des Bimetallwerkstoffs beim Öffnen des Stromkreises unterstützt. Sobald die Anfangsreibung überwunden worden ist, wird der Stromkreis mit der Sprungwirkung einer Feder geöffnet.

Aufgrund seiner geringen Größe kann der erfindungsgemäße Thermoschutzschalter einfacher als bisherige Schutzschalter an einer Halbleiterelemente tragenden (gedruckten) Schaltungsplatte montiert werden. Die gedrängte Bauweise des Schutzschalters ermöglicht Einbauraumeinsparungen, was eine kritische Überlegung bei der Wahl von Bauteilen für Schaltungsplatten, bei

denen der Einbauraum begrenzt ist, darstellt.

° In anderer Ausführungsform wird mit der Erfindung ein mehrpoliger Schutzschalter geschaffen, der einen oder mehrere Stromkreise in Abhängigkeit von einem durch einen der Stromkreise fließenden Überstrom öffnet.

*'■' Eine dritte Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Doppelkontakt-Schutzschaltermechanismus.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es *° zeigens

Fig₀ 1 eine im Schnitt gehaltene Seitenansicht eines auf einer (gedruckten) Schaltungsplatte montierbaren Sprungkontakt-Thermoschutzschalters, ^Q in welcher der Unterbrecher»bzw. Schutz

schaltermechanismus gemäß der Erfindung in der Kontaktsehließstellung dargestellt ist,

Fig. 2 eine Stirnansicht einer Leitungsklemme beim ^° Thermoschutzschalter gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Stirnansicht einer Lastklemme beim Thermoschutzschalter gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine Aufsicht auf den Schutzschalter nach

Fig. 1,

Fig. 5 eine im Schnitt gehaltene Seitenansicht des Thermoschutzschalters nach Fig. 1 in der Kontaktoffenstellung,

Fig. 6 eine Aufsicht auf einen mehrpoligen Schutz-

sr -43-

Schaltermechanismus gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 eine Stirnansicht der Ausführungsform nach Fig. 6,

Fig. 8 eine Schnittansicht eines Doppelkontakt-Schutzschaltermechanismus gemäß einer weiteren I^ Ausfuhrungsform der Erfindung,

Fig. 9 eine (schematische) Seitenansicht zur Darstellung des Inneren des Schutzschalter-Gehäuses mit zusätzlichen Halte- oder Hemm-Mitteln,

Fig. 10 einen Schnitt längs der Linie 10-10 in Fig. 9 und

Fig. 11 einen Schnitt längs der Linie 11-11 in

Fig. 9.

In den Fig. 1 bis 5 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sprungkontakt-Thermoschutzschalters dargestellt, der gemäß Fig. 1 ein Gehäuse 2 aus einem Isoliermaterial, z.B. aus einem Kunststoff-Formteil aufweist. In das Gehäuse 2 sind eine Leitungsklemme 4 und eine Lastklemme 6 eingebaut. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht die Leitungsklemme 4 aus einem U-förmigen Leiter mit einem kurzen Schenkel 8, einem langen Schenkel 10 und einem Brückenteil 12. Der Schenkel 10 umfaßt einen im Gehäuse 2 angeordneten Abschnitt 10a und einen Abschnitt 10b, der sich durch das Gehäuse 2 bzw. aus diesem heraus erstreckt und für den Anschluß an einen zu schützenden äußeren elektrischen Stromkreis dient. Gemäß Fig. 2 weist die Leitungsklemme 4 eine langlochförmige Aus-

sparung 14 auf, die sich vom Schenkel 10 über den Brückenteil 12 zum Schenkel 8 erstreckt. Weiterhin weist die Leitungsklemme 4 zwei Vertiefungen oder ^ Kerben 16 auf halber Länge der beiden parallelen Teile des Schenkelabschnitts 10a auf.

Die Lastklenune 6 besteht vorteilhaft aus einem geraden Leiter» Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein im Inneren des Gehäuses 2 befindlicher Abschnitt der Lastklemme 6 breiter als ihr aus dem Gehäuse 2 herausragender Abschnitt 6b. Praktisch in der Mitte des Abschnitts 6a der Lastklemme 6 ist eine

Lasche oder Zunge 18 ausgebildet. 15

Der erfindungsgemäße Thermoschutzschalter weist weiterhin eine bewegbare Kontaktzunge 2 0 auf, die gemäß den Fig. 1 und 4 zwei (vorzugsweise abgeschrägte) Spitzen 22 aufweist, die in die Kerben 16 der Leitungsklemme 4 eingreifen. Die Kontaktzunge 20 ist um ihre Spitzen 22 herum schwenkbar angeordnet. Gemäß Fig. 4 weist die Kontaktzunge 20 außerdem eine auf ihrer Längsachse liegende Öffnung bzw. Bohrung 24 auf, in welche das eine Ende 26a einer Vorbelastungs-Feder 26 eingehängt

%& ist, deren anderes Ende 26b am Schenkel 8 der Leitungsklemme 4 verankert ist und die sich durch die Aussparung 14 im längeren Schenkel 10 der Leitungsklemme 4 erstreckt. Die Feder 26 bewirkt als Funktion der Lage ihres Endes 26a relativ zu einer Linie, die zwischen dem Angriffspunkt des Feder-Endes 26b am Klemmen-Schenkel 8 (mit A bezeichnet) und dem Eingriffspunkt der Kontaktzungen-Spitzen 22 in die Kerben 16 (mit B bezeichnet) gezogen ist, eine Vorbelastung der Kontaktzunge 20 in entgegengesetzte Richtungen.

Die Kontaktsunge 20 ist infolge der Übermitten- oder Exzenterlage der Feder 26 nach unten verschwenkt vorbelastet, wenn sich der Schutzschalter in der Kontaktschließstellung befindet. An dem von den Schwenk-

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Spitzen 22 abgewandten Ende der Kontaktzunge 20 ist eine (vorzugsweise kreisrunde) elektrische Kontaktplatte 28 angebracht.

Der Thermoschutzschalter enthält weiterhin ein Bimetallelement 30, das gemäß Fig. 1 L-förmig ausgebildet ist und einen ersten, an der Lastklemme 6 montierten Abschnitt 32 sowie einen zweiten, langgestreckten Abschnitt oder Schenkel 34 aufweist, der auf einer isolierenden, sägezahnförmigen Fläche 36 an der Innenseite des Gehäuses 2 ruht. Die sägezahnförmige Fläche 36 gewährleistet eine Unterstützung für das Bimetallelement 30 mit kleinstmöglicher Berührungsfläche. Aufgrund dieses Merkmals wird vermieden, daß das Gehäuse 2 als Wärmesenke für das Bimetallelement 30 wirkt.

Das Bimetallelement 30 besteht aus einer oberen und einer unteren Lage oder Schicht, von denen die untere Schicht aus einem Metall mit einem höheren (thermischen) Ausdehnungskoeffizienten als dem der oberen Schicht hergestellt ist. Wenn sich das Bimetallelement 30 erwärmt, biegt es sich folglich gemäß Fig. 4 in Aufwärtsrichtung durch.

Das Bimetallelement 30 trägt am freien Ende seines

langgestreckten Abschnitts 34 eine (vorzugsweise kreisrunde) Kontaktplatte 38. Wenn sich der Thermoschutzschalter in der Kontaktschließstellung gemäß Fig. 1 gO befindet, steht die Kontaktplatte in elektrischem Kontakt mit der Kontaktplatte 28 der Kontaktzunge

Wahlweise oder zusätzlich kann der erfindungsgemäße Thermoschutzschalter auch eine zusätzliche Kontaktplatte 40 an der Kontaktzunge 20 und eine zusätzliche Klemme 42 aufweisen. Letztere weist gemäß Fig. 1 am einen Ende einen etwa hakenförmigen Leiterabschnitt 43 auf. Die Klemme 42 kann extern mit einem getrennten

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Stromkreis verbunden sein, der beispielsweise eine Warn- oder Alarmvorrichtung betätigen kann.

B Die zusätzliche Klemme 42 wirkt auch als Anschlag zur Begrenzung der Bewegung der Kontaktzunge 20. Wenn ein Alarm= oder Warnkreis nicht benötigt wird, kann das Gehäuse 2 anstelle der Klemme 42 einen Anschlagansatz o„dgl„ aufweisen.

Der erfindungsgemäße Thermoschutzschalter ist vor-■ zugsweise für die Montage auf einer (gedruckten) Schaltungsplatte vorgesehen. Mit Rechnerunterstützung entworfene und hergestellte (CAD/CAM) Schaltungsplatten sind mit Anschlußzapfenöffnungen, die mit Abständen entsprechend Vielfachen von 0,635 mm (0.025 inch) voneinander angeordnet sind, standardisiert.. Bei typischen derartigen Schaltungsplatten sind die Anschlußzapfenöffnungen mit Mittenabständen von 2,54 mm in einer Reihe angeordnet; benachbarte Reihen sind dabei mit Mittenabständen von 2,54 mm voneinander entfernt und um 1,27 mm gegeneinander versetzt.

Vorzugsweise und vorteilhaft sind die Klemmen 4, 6 und 42 des Thermoschutzschalters gemäß Fig. 1 in Abständen voneinander angeordnet, die Vielfache des CAD/CAM-Schaltungsplattenstandardmaßes von 0,635 mm betragen. Bei der Ausführungsform nach, Fig» 1 bis 5 sind beispielsweise die Klemmen 4 und 6 in einem Abstand von 10,16 mm (16 χ 0,635 mm) und die Klemmen 4 und 42 in einem Abstand von 8,26 mm (13 χ 0,635 mm) angeordnet.

In das Gehäuse 2 ist eine Rückstelltaste 44 eingesetzt, deren oberer Abschnitt 46 an der Oberseite des Gehäuses 2 nach außen ragt, während ihr unterer Abschnitt 48 in das Gehäuse 2 hineinragt und einen im wesentlichen zylindrischen Schaft 50 sowie einen von dessen Ende

ausgehenden Schenkel 52 aufweist. Der Schaft 50 durchsetzt die Aussparung 14 der Leitungsklemme 4. Der Schenkel 52 ist mit einer Öffnung oder Bohrung 54 ver- ^ sehen. Der Thermoschutzschalter wird so zusammengesetzt,· daß sich die Feder 26 gemäß Fig. 1 durch die Öffnung 54 erstreckt.

In bevorzugter Ausführungsform ist im einen Ende des Gehäuses 2 eine Öffnung oder Bohrung 56 vorgesehen, die einen Zugang zur Biege-Zunge 18 der Lastklemme ermöglicht. Die Stromnennleistung des Thermoschutzschalters (welche die Strombelastbarkeit des Thermoschutzschalters angibt) kann dadurch eingestellt wer- *5 den, daß ein stiftartiges Werkzeug durch die Öffnung 56 eingeführt und damit die Zunge 18 nach innen gebogen wird. Hierdurch wird das Bimetallelement 30 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt bzw. ausgelenkt .
20

Im Betrieb des Thermoschutzschalters fließt Strom zwischen den Klemmen 4 und 6 über die Kontaktzunge 20, die Kontaktplatten 28 und 38 und das Bimetallelement 30. Ein durch den Thermoschutzschalter fließender Überstrom bewirkt, daß sich das Bimetallelement 30 erwärmt und aufwärts durchbiegt, so daß die Kontaktzunge 20 gegen die Vorbeiastungskraft der Feder 26 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt wird. Wenn das Bimetallelement 30 die Kontaktzunge 20 so weit nach oben gedrückt hat, daß der Angriffspunkt zwischen Feder-Ende 26a und Kontaktzunge 26 (Punkt C) über die Linie zwischen den Punkten A und B zu liegen kommt, kehrt sich die Wirkrichtung der Feder um, so daß die Kontaktzunge 20 schnell entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt und damit der Thermoschutzschalter mit einer Sprungwirkung geöffnet wird (vgl. Fig. 5). Bei der dargestellten wahlweisen Ausgestaltung kommt dabei die Kontaktplatte 40 an der Kontaktzunge 20 in

Kontakt mit der Klemme 42, wodurch ein Alarmkreis ο.dgl. betätigt wird.

Wenn der Thermoschutzschalter in die Offenstellung ausgelöst worden ist, fließt kein Strom mehr durch das Bimetallelement 30» Letzteres kühlt anschließend ab und kehrt in seine Ausgangsstellung auf der Sägezahnfläche 36 zurück. Da die Feder 26 die Kontaktzunge weiterhin in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn vorbelastet, bleibt der Thermoschutzschalter bis zum manuellen Rückstellen in der Offenstellung. Das Rück-• stellen des Thermoschutzschalters erfolgt mittels einer Abwärtsbewegung der Rückstelltaste 44. Dabei wird die Feder 26 durch den Schenkel 52 nach unten gedrückt, bis der Angriffspunkt C unter die Linie zwischen den Punkten A und B zu liegen kommt. Hierbei wird die Wirkrichtung der Feder-Vorbelastungskraft wiederum umgekehrt, und die Kontaktzunge 20 wird nach unten in Kontakt mit dem Bimetallelement 30 gedrängt. Der Thermoschutzschalter ist daraufhin in die Kontaktschließstellung rückgestellt.

Der Thermoschutzschalter kann auch durch Aufwärtsbewegung der Rückstelltaste 44, wobei die Feder 26 über den Übermittenpunkt hinausgedrängt wird, von Hand geöffnet werden.

In den Fig. 6 und 7 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung in Form eines mehrpoligen Schutzschaltermechanismus dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind in einem einzigen Gehäuse 2' zwei Thermoschutzschaltermechanismen angeordnet, die jeweils im wesentlichen dem Thermoschutzschalter gemäß den Fig. 1 bis 5 entsprechen. In den Fig. 6 und 7 sind den in Verbindung mit der ersten Ausführungsform der Erfindung beschriebenen Teilen entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen wie vorher, zuzüglich eines angehängten

i-er

Indexstriches bzw. zweier angehängter Indexstriche bezeichnet. Die beiden Schutzschalterpole sind durch eine einzige Rückstelltaste 44' steuerbar, die einen einzigen Querarm 48' und einen einzigen zylindrischen Schaft 50' aufweist. Im Querarm 48' sind z-wei kreisrunde Öffnungen oder Bohrungen 54' und 54" ausgebildet. Der Schutzschalter ist dabei so zusammengesetzt, daß die Öffnungen 54' und 54" von Federn 26' bzw. 26" ¹^ durchsetzt sind.

Bei dieser Ausführungsform wird beim Öffnen eines der Schutzschalterpole (als Ergebnis eines Überstroms oder durch von Hand erfolgendes Hochziehen der Rückstelltaste 44') der Querarm 48' nach oben verlagert, wobei beide Pole gleichzeitig geöffnet werden. Auf ähnliche Weise wird bei einer Abwärtsbewegung der Rückstelltaste 44' der Querarm 48* nach unten gedrängt, so daß dabei beide Schutzschaltermechanismen geschlossen und demzufolge beide Pole gleichzeitig rückgesetzt werden. Es ist darauf hinzuweisen, daß diese Ausführungsform nicht auf einen zweipoligen Schutzschaltermechanismus beschränkt ist.

pie in Fig. 8 dargestellte weitere Ausführungsform der Erfindung besteht aus einem Doppelkontakt-Schutzschaltermechanismus. Bei dieser Ausführungsform ist ein Gehäuse 58 aus Isoliermaterial vorgesehen, in welches eine Leitungsklemme 60 und zwei Lastklemmen 62 und 64 eingebaut sind. Die Leitungsklemme 60 kann sich dabei im Mittelbereich des Doppelkontakt-Thermoschutzschalters befinden.

Bei dieser Ausführungsform besteht die Leitungsklemme 60 aus einem im Gehäuse 58 angeordneten Abschnitt mit einem Langloch 66 (gestrichelte Linien in Fig. 8). Wie bei der ersten Ausführungsform weist die Leitungsklemme 60 ebenfalls zwei auf gegenüberliegenden Seiten

des Langlochs 66 ausgebildete Vertiefungen bzw. Kerben 68 auf ο

Die Lastklemmen 62 und 64 sind geradlinige Leiter. In den Lastklenunen 62 und 64 sind zur Einstellung des Thermoschutzschalters Laschen oder Zungen 70 bzw. 72 einer ähnlichen Form wie die Zunge 18 bei der ersten Ausführungsform ausgebildet»

Ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 5 weist der Doppelkontakt-Thermoschutzschalter gemäß Fig. 8 eine bewegbare Kontaktzunge 74 auf, die mit zwei (vorzugsweise abgeschrägten) Spitzen 76 versehen

¹^ ist, welche in den Kerben 68 der Leitungsklemme 60 sitzen. Die um ihre Spitzen 76 herum verschwenkbare Kontaktzunge 74 weist außerdem eine auf ihrer Längsachse liegende Öffnung oder Bohrung 78 auf. In die Öffnung 78 ist das eine Ende 80a einer Vorbelastungs-

^O Feder 80 eingehängt, deren anderes Ende 80b gemäß Fig. 8 an einem Ansatz 82 des Gehäuses 58 verankert ist. Die Feder 80 durchsetzt dabei das Langloch 66 in der Leitungsklemme 60. Als Funktion der Lage ihres Endes 80a relativ zu einer Linie zwischen dem Verankerungspunkt des Federendes 80b am Ansatz 82 (Punkt A) und dem Berührungspunkt der Spitzen 76 in den Kerben 68 (Punkt B) vermag die Feder 80 die Kontaktzunge 74 in entgegengesetzte Richtungen vorzubelasten. An dem von den Schwenk-Spitzen 76 abgewandten Ende sind an den beiden Seiten der Kontaktzunge 74 Kontaktplatten 84 und 86 befestigt.

Bei dieser Ausführungsform sind außerdem zwei Bimetallelemente 88 und 90 vorgesehen, die in ihrer Gestalt der Form des Gehäuses 58 angepaßt sind (vgl. Fig. 8). Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform weisen die Bimetallelemente 88 und 90 erste Abschnitte 92 bzw.

94 auf, die an den betreffenden Lastklemmen 62 bzw. 64 montiert oder angebracht sind. Weiterhin sind an den Enden der langgestreckten Abschnitte 100 und 102 der Bimetallelemente 88 bzw. 90 Kontakte 96 bzw. 98 angebracht.

Das Gehäuse 58 weist an seiner Innenfläche zwei sägezahnförmige Flächen 104 und 106 auf, auf denen gemäß Fig. 8 beim Fehlen eines Überstroms die Bimetallelemente 88 bzw. 90 ruhen. Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 5 unterstützen diese Sägezahnflächen die betreffenden Bimetallelemente mit einer kleinst-

möglichen Berührungsfläche.
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Im Bereich der Lastklemmen 62 und 64 sind im Gehäuse Öffnungen bzw. Bohrungen 108 bzw. 110 ausgebildet. Die Stromnennleistungen der beiden Schutzschaltermechanismen können dabei eingestellt werden, irodem ein stiftförmiges Werkzeug durch die betreffende Öffnung 108 oder 110 eingeführt und damit die betreffende Klemmen-Zunge 70 bzw. 72 entsprechend verbogen wird. Hierbei wird das betreffende Bimetallelement 88 oder 90 zur Erzielung der gewünschten Voreinstellung entsprechend verschwenkt.

Im Betrieb ruht die Kontaktzunge 74 mit einer tibermitten- oder Exzenterwirkung auf einem der beiden Kontakte 96 oder 98, so daß der Stromkreis zur betreffenden Lastklemme geschlossen ist. Ein durch den geschlossenen Stromkreis fließender überstrom läßt das betreffende Bimetallelement sich so weit verformen, daß die Kontaktzunge 74 über die Mittelstellung der Feder 80 hinaus verwenkt wird und dann auf den Kontakt d_es anderen Bimetallelements überspringt.

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Der vorstehend beschriebene Sprungkontakt-Thermoschutzschalter gemäß der Erfindung gewährleistet eine kürzere Auslösezeit als bei bisherigen Thermoschutzschaltern, und zwar aufgrund der schnellen Erwärmung und Abkühlung des Bimetallelements infolge der im Gehäuse des Thermoschutzschalters ausgebildeten Anordnung von sägezahnförmigen Ausnehmungen. Aufgrund seiner gedrängten Bauweise eignet sich der erfindungsgemäße Thermoschutz-

¹^ schalter außerdem besser als die bisherigen Geräte dieser Art für die Montage an (gedruckten) Schaltungsplatten mit Halbleiterelementen. In abgewandelter Ausgestaltung wird mit der Erfindung ein mehrpoliger Schutzschalter geschaffen, bei dem alle Stromkreise in Ab-

*° hängigkeit von einem Überstrom in einem der Stromkreise geöffnet werden. Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ermöglicht ein Umschalten zwischen getrennten Stromkreisen durch Verwendung zweier getrennter Bimetallelemente.

Bei der in den Fig. 9 bis 11 dargestellten Abwandlung der Erfindung ragt von der Innenwand des Gehäuses 2 eine Nase 3 so nach innen, daß ihr einer Endabschnitt 3a über einem Teil der Vorbelastungs-Feder 2 6 liegt.

²^ Gemäß Fig. 11 weist die Nase 3 eine in Aufwärtsrichtung abgeschrägte oder geneigte Unterseite 3b und eine nach unten abgeschrägte oder geneigte Oberseite 3c auf. Bevorzugt ist die Nase 3 an der Innenfläche des Gehäuses 2 angeformt.

Bei mit Versuchsmustern des erfindungsgemäßen Thermoschutzschalters durchgeführten Versuchen hat es sich gezeigt, daß zwischen den Kontaktplatten 28 und 38 eine Gleitwirkung oder -bewegung auftritt. Die Kontaktplatten 28 und 38 können nicht vollkommen glatt ausgebildet werden. Wenn diese Kontaktplatten aufeinander gleiten, rufen Oberflächenabweichungen oder -unregelmäßigkeiten

Änderungen im Stromfluß durch die Schutzschalterkontakte hervor. Dieses Problem ist insbesondere während der Anfangsphasen eines Überstromzustands auffällig, wenn sich das Bimetallelement 30 zu erwärmen und vergleichsweise langsam aufwärts durchzubiegen beginnt. Die genannten Stromänderungen können den Betrieb des Stromkreises, an den der Schutzschalter angeschlossen ist, ungünstig beeinflussen. Es muß nochmals darauf hingewiesen werden, daß der erfindungsgemäße Thermoschutzschalter für den Betrieb mit sehr kleinen Strömen (in der Größenordnung von 5 A bis herab zu 0,5 A oder darunter) ausgelegt ist, wie sie bei den Schaltungen elektronischer Rechner im Spiel sind. Selbst kleine

*5 Stromabweichungen oder -änderungen aufgrund von Oberflächenunregelmäßigkeiten der Kontaktplatten können daher eine vergleichsweise große Störung im Stromfluß durch die zugeordnete (gedruckte) Schaltung zur Folge haben. Die erwähnte Nase 3 stellt nun eine einfache, aber kostengünstige Lösung für das Kontaktgleitproblem dar.

Wenn im Betrieb in der Kontaktschließstellung gemäß Fig. 1 ein überstromzustand auftritt, beginnt sich das Bimetallelement 30 zu erwärmen, wobei sich sein langgestreckter Abschnitt bzw. Schenkel 34 über seine Länge in Aufwärtsrichtung durchzubiegen beginnt. Die durch die Durchbiegung des Schenkels 34 ausgeübte Aufwärtskraft nimmt zu, bis sie die durch die Feder 26 auf die Kontaktzunge 20 ausgeübte Abwärtskraft überwindet. Beim Fehlen der Nase 3 beginnt dann der Schenkel 34 des Bimetallelements die Kontaktzunge 20 nach oben zu drücken. Hierbei entsteht eine relative Gleitbewegung zwischen den Kontaktplatten 28 und 38. Wenn der tiberstrom nicht sehr groß ist, kann die Bewegung des Schenkels 34 und der Kontaktzunge 20 vergleichsweise langsam erfolgen, was zu der erwähnten, unerwünschten Stromänderung führt.

ο'4Ό9393

Bei der in den Fig. 9 bis 11 dargestellten Abwandlung befindet sich dagegen vorteilhaft der Endabschnitt 3a der Nase 3 in der Bahn der Aufwärtsbewegung der Feder ° 26. Die Feder 26 wird hierdurch vorübergehend an einer Aufwärtsbewegung gehindert, bis die durch den erwärmten Schenkel 34 des Bimetallelements ausgeübte Aufwärt skraft eine solche Größe erreicht hat, daß sie die durch den Endabschnitt 3a der Nase 3 auf die Feder 2 6 ausgeübte Reibungshalte- oder -hemmkraft zu überwinden vermag. Die Schrägfläche 3b der Nase 3 läßt die Feder 26 vergleichsweise leicht über und um das Ende 3a der Nase gleiten, wenn die durch den Bimetallelement-Schenkel 34 ausgeübte Aufwärtskraft die Abwärtsvorbelastungskraft der Feder 26 zuzüglich der Reibungshaltekraft der Nase 3 übersteigt.

Wenn die Aufwärtsbiegekraft die kombinierten Abwärtshalte- bzw. -hemmkräfte übersteigt, bewegt sich der Schenkel 34 schnell nach oben, so daß die Kontaktzunge 20 schnell über die beschriebene Übermittenstellung hinaus gedrängt wird. Die durch das Nasen-Ende 3a unmittelbar auf die Feder 2 6 ausgeübte Haltekraft verhindert wirksam eine Aufwärtsverlagerung des Bimetallelement-Schenkels 34 (und damit eine relative Gleitbewegung zwischen den Kontaktplatten 28 und 38). Die folgende schnelle Aufwärtsbewegung des Schenkels 34, wenn die Biegekraft die kombinierten Abwärts- und Halteoder Hemmkräfte übersteigt, resultiert in einer deutlichen Verkürzung der Zeitspanne, während welcher die Gleitbewegung zwischen den Kontaktplatten 28 und 38 auftritt. Änderungen des Stromflusses durch die Kontakte aufgrund von Kontaktplatten-Oberflächenunregelmäßigkeiten werden daher auf ein Mindestmaß verringert und können tatsächlich vernachlässigt werden.

Die schräge Oberseite 3c der Nase 3 läßt die Feder 26 ohne weiteres über und um das Nasen-Ende 3 gleiten,

wenn auf vorher beschriebene Weise die Rückstelltaste 44 zum Schließen der Kontakte und Rückstellen des Thermoschutzschalters gedrückt wird. 5

Obgleich die Nase 3 vorstehend nur in Verbindung mit der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 5 dargestellt und beschrieben ist, können ersichtlicherweise eine oder mehrere Halte-Nasen mit gleicher Wirkung auch bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 6 bis 8 vorgesehen sein. Ebenso kann die Nase so angeordnet sein, daß sie eine Halte- oder Hemmkraft unmittelbar auf den Bimetallelement-Schenkel 34 oder die Kontaktzunge 20 ausübt.

Insgesamt hat es sich als wünschenswert und vorteilhaft erwiesen, ein Mittel zum vorübergehenden Hemmen der Biegewirkung des Bimetallelements und somit zur Verhinderung der relativen Gleitbewegung zwischen den Kontaktplatten vorzusehen, um auf diese Weise die Auswirkung von Stromflußänderungen durch die Schutzschalterkontakte möglichst klein zu halten. Erfindungsgemäß wird dies durch ein Mittel erreicht, welches das Bimetallelement zur Ausübung einer vergleichsweise großen Kontaktöffnungskraft zwingt, bis ein Punkt erreicht ist, bei dem die Halte- oder Hemmkraft schnell aufgehoben und der Kontakt schlagartig geöffnet wird.

Die Schrägflächen 3b und 3c der Nase 3 ermöglichen ein vergleichsweise leichtes Gleiten des Bimetallelement-Schenkels 34 über und um das Nasen-Ende 3a, wenn die (entweder aufwärts oder abwärts gerichtete) Biegekraft am Schenkel 34 die durch die Nase 3 ausgeübte Hemmkraft übersteigt.

Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs auf die vorstehend dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern weiteren Änderungen

und Abwandlungen zugänglich.

Claims

Patentansprüche

ί l.^Thermoschutzschalter, gekennzeichnet durch ein elektrisch isolierendes Gehäuse (2),

zwei sich durch das Gehäuse (2) erstreckende Anschlüsse oder Klemmen (4, 6) zur Verbindung des Thermoschutz- ^ schalters mit einem elektrischen Stromkreis, ein im Gehäuse (2) angeordnetes, mit der ersten Klemme (6) elektrisch verbundenes Bimetallelement (30),

ein mit dem Bimetallelement (30) verbundenes erstes Kontaktelement (38),

ein im Gehäuse angeordnetes und elektrisch mit der zweiten Klemme (4) verbundenes zweites Kontaktelement (28), eine das zweite Kontaktelement zur Bewegung in und außer Kontakt mit dem ersten Kontaktelement lagernde Einrichtung (20, 22) und ein mit dem zweiten Kontaktelement gekoppeltes Vorbelastungsmittel (26) zum wechselweisen Vorbelasten des zweiten Kontaktelements in entgegengesetzten Richtungen zwischen ersten und zweiten Stellungen, wobei das zweite Kontaktelement in der ersten Stellung in elektrischen Kontakt mit dem ersten Kontaktelement und in der zweiten Stellung außer elektrischen Kontakt mit dem ersten Kontaktelement vorbelastet ist, sowie dadurch, daß das Bimetallelement (30) bei einem es durchfließenden Überstrom ausreichender Größe so verformbar ist, daß es das zweite Kontaktelement (20) gegen die Wirkung des Vorbelastungsmittels (30) aus der ersten in die zweite Stellung verlagert.

2. Thermoschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) in seinem unteren Bereich eine sägezahnförmige Fläche (36) aufweist,

auf welcher das Bimetallelement (30) in seinem unverformten Zustand ruht.

3. Thermoschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückstellmittel (44) zum Rückführen des zweiten Kontaktelements (28) aus seiner zweiten Stellung in die erste Stellung vorgesehen

ο Thermoschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (2) ein Mittel (56) zur Ermöglichung eines Zugangs zur ersten Klemme (6) zwecks Einstellung des Äuslöse-Nennstroms des ersten Kontaktelements (28) vorgesehen ist.

5ο Thermoschutzschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Klemme (6) an ihrem im Gehäuse befindlichen Abschnitt eine verbiegbare Lasche oder Zunge (18) aufweist.

6ο Thermoschutzschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallelement (30) L-förmig ausgebildet ist und einen ersten sowie einen zweiten Abschnitt aufweist und daß der erste Abschnitt an der Lasche oder Zunge (18) der ersten Klemme anliegt.

7. Thermoschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinrichtung ein Zungenelement (20) mit einer auf dessen Längsachse liegenden Öffnung (24) umfaßt.

8. Thermoschutzschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorbelastungsmittel (26) eine übermitten- oder Exzenterfeder umfaßt, deren eines Ende mit der zweiten Klemme (4) verbunden und deren anderes Ende mit der Lagereinrichtung über die Öffnung (24)

verbunden ist.

9. Thermoschutζschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückstellmittel (44) zum Rückstellen des zweiten Kontaktelements aus der ersten in die zweite Stellung vorgesehen ist, daß das Rückstellmittel ein in das Gehäuse hineinreichendes und in diesem bewegbares Rückstellglied aufweist und daß das Rückstellglied und das Vorbelastungsmittel zur Verlagerung des zweiten Kontaktelements zwischen erster und zweiter Stellung aneinander angreifen.

ίο. Thermoschutζschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstellglied eine vom Vorbelastungsmittel durchsetzte Öffnung oder Bohrung aufweist.

χι. Thermoschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückstellmittel zum Rückstellen des zweiten Kontaktelements aus seiner zweiten Stellung in seine erste Stellung vorgesehen ist, daß das Gehäuse in seinem unteren Bereich eine sägezahnförmige Fläche aufweist, auf welcher das Bimetallelement in seinem unverformten Zustand ruht, daß im Gehäuse ein Mittel zur Ermöglichung eines Zugangs zur ersten Klemme zwecks Einstellung des Auslöse-Nennstroms des ersten Kontaktelements vorgesehen ist, daß die erste Klemme an ihrem im Gehäuse befindlichen Abschnitt eine verbiegbare Lasche oder Zunge aufweist, daß das Bimetallelement einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweist, von denen der erste Abschnitt an der Lasche oder Zunge der ersten Klemme anliegt, daß die Lagereinrichtung eine Zunge mit einer auf deren Längsachse liegenden Öffnung umfaßt und daß das Vorbelastungsmittel eine übermitten- oder Exzenterfeder

umfaßt, deren eines Ende mit der zweiten Klemme und deren anderes Ende mit der Lagereinrichtung über die Öffnung verbunden ist.

12ο Thermoschutzschalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstellmittel ein sich in das Gehäuse erstreckendes und in diesem bewegbares Rückstellglied aufweist, das mit einer vom Vorbelastungsmittel durchsetzten Öffnung oder Bohrung versehen' ist, und daß das Rückstellglied und das Vorbelastungsmittel zur Verlagerung des zweiten Kontaktelements zwischen erster und zweiter Stellung aneinander angreifen.

13. Thermoschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel (3) zur Ausübung einer Halte- oder Hemmkraft zwecks Verhinderung einer Verformung des Bimetallelements, bis die Verformungskraft am Element die Hemmkraft übersteigt und das Bimetallelement zur Verlagerung des zweiten Kontaktelements in die zweite Stellung freigibt, vorgesehen ist.

ο Thermoschutzschalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das die Hemmkraft ausübende Mittel eine Nase ist, die von einer Innenwand des Gehäuses nach innen und in die Bewegungsbahn des Vorbelastungsmittels ragt, um dessen Bewegung zu hemmen.

15. Thermoschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Klemme in einem gegenseitigen Abstand angeordnet sind, der ein ganzzahliges Vielfaches von 0,635 mm darstellt, um die Montage des Thermoschutζschalters auf einer nach rechnergestützter Konstruktionstechnik hergestellten (gedruckten) Schaltungsplatte zu erlauben.

16. Thermoschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte, das Gehäuse durchsetzende Klemme für den Anschluß an einen elektrischen Stromkreis und ein drittes, im Gehäuse angeordnetes, mit der dritten Klemme verbundenes Kontaktelement vorgesehen sind und daß das zweite Kontaktelement in seiner zweiten Stellung in elektrischen Kontakt mit dem dritten Kontaktelement vorbelastet ist.

17. Thermoschutzschalter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß erste, zweite und dritte Klemme in einem gegenseitigen Abstand angeordnet sind, der ein ganzzahliges Vielfaches von 0,635 mm darstellt, um die Montage des Thermoschutzschalters auf einer nach rechnergestützter Konstruktionstechnik hergestellten (gedruckten) Schaltungsplatte zu erlauben.

18. Thermoschutzschalter, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein elektrisch isolierendes Gehäuse drei sich durch das Gehäuse erstreckende Anschlüsse oder Klemmen, wobei erste Klemme mit einem ersten elektrischen Stromkreis und zweite Klemme mit einem zweiten elektrischen Stromkreis verbunden sind, ein im Gehäuse angeordnetes und mit der ersten Klemme elektrisch verbundenes erstes Bimetallelement, ein mit dem ersten Bimetallelement gekoppeltes erstes

gO Kontaktelement,

ein im Gehäuse angeordnetes und mit der zweiten Klemme elektrisch verbundenes zweites Bimetallelement, ein mit letzterem gekoppeltes zweites Kontaktelement,

ein im Gehäuse angeordnetes und mit der dritten Klemme elektrisch verbundenes drittes Kontaktelement,

eine Einrichtung zur Lagerung des dritten Kontaktelements zur wechselweisen Bewegung in und außer Kontakt mit erstem bzw. zweitem Kontaktelement und.

ein das dritte Kontaktelement im wesentlichen durch das Zentrum seiner Bewegung vorbelastetes Mittel, um das dritte Kontaktelement abwechselnd oder wechselweise in entgegengesetzten Schwenkrichtungen zwischen ersten und zweiten Stellungen vorzubelasten, wobei das dritte Kontaktelement in der ersten Stellung in elektrischen Kontakt mit dem ersten Kontaktelement und in der zweiten Stellung in elektrischen Kontakt mit dem zweiten Kontaktelement vorbelastet ist,

sowie dadurch, daß

das erste Bimetallelement bei einem es durchfließenden Überstrom einer ausreichenden Größe gegen die Wirkung des Vorbelastungsmittel verformbar ist, um das dritte Kontaktelement aus der ersten in die zweite Stellung zu verlagern, und das zweite Bimetallelement bei einem es durchfließenden Überstrom einer ausreichenden Größe gegen die Wirkung des Vorbelastungsmittels verformbar ist, um das dritte Kontaktelement aus der zweiten in die erste Stellung zu verlagern.

19ο Thermoschutzschalter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse um seinen Innenumfang herum eine sägezahnförmige Fläche aufweist, an welche sich erstes und zweites Bimetallelement abwechselnd anlegen, wenn sich der Thermoschutzschalter (bzw. das dritte Kontaktelement) in der zweiten bzw. dritten Stellung befindet.

20. Thermoschutzschalter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse Mittel zur Ermöglichung eines Zugangs zu erster und zweiter Klemme zwecks Einstellung der Auslöse-Nennströme von erstem bzw. zweitem Kontaktelement aufweist.

21. Mehrpoliger Thermoschutzschalter, dadurch gekennzeichnet,daß er ein elektrisch isolierendes Gehäuse und

mehrere in letzterem angeordnete Poleinheiten aufweist, die jeweils im wesentlichen den gleichen Unterbrecher- oder Schutzschaltermechanismus umfassen, jeweils bestehend aus ersten und zweiten, das Gehäuse durchsetzenden Anschlüssen oder Klemmen zur Verbindung des Thermoschutzschalters mit einem elektrischen Stromkreis, einem im Gehäuse angeordneten und mit der ersten Klemme elektrisch verbundenen Bimetallelement, einem mit letzterem verbundenen ersten Kontaktelement, einem im Gehäuse angeordneten und mit der zweiten Klemme elektrisch verbundenen zweiten Kontaktelement, einer das zweite Kontaktelement zur Bewegung in und außer Kontakt mit dem ersten Kontaktelement lagernden Einrichtung und einem das zweite Kontaktelement praktisch durch das Zentrum seiner Bewegung vorbelastenden Mittel zur wechselweisen Vorbelastung des zweiten Kontaktelements in entgegengesetzten Richtungen zwischen ersten und zweiten Stellungen, wobei das zweite Kontaktelement in der ersten Stellung in elektrischen Kontakt mit dem ersten Kontaktelement und in der zweiten Stellung außer Kontakt mit dem ersten Kontaktelement vorbelastet ist,

daß das Bimetallelement bei einem es durchfließenden Überstrom einer ausreichenden Größe verformbar ist, um das zweite Kontaktelement gegen die Wirkung des

Vorbelastungsmittels aus der ersten in die zweite Stellung zu verlagern, und daß weiterhin ein gemeinsames Rückstellmittel vorgesehen ist, das mit jedem der mehreren Schutzschaltermechanismen verbunden und zur Rückstellung aller zweiten Kontaktelemente aus ihrer zweiten Stellung in die erste Stellung betätigbar ist.

22. Thermoschutzschalter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel zur gemeinsamen Verbindung des Rückstellmittels mit allen Schutzschaltermechanismen vorgesehen ist, um alle zweiten Kontaktelemente beim Anliegen eines ausreichend großen Überstroms über einen der Schutzschaltermechanismen aus der ersten Stellung in die zweite Stellung zu verlagern.

23. Thermoschutzschalter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum Rückstellen des zweiten Kontaktelements aus der zweiten in die erste Stellung betätigbares Rückstellmittel mit einem sich in das Gehäuse erstreckenden und darin bewegbaren Rückstellglied, das mehrere von den einzelnen Vorbelastungsmitteln durchsetzte Öffnungen aufweist, vorgesehen ist und daß das Rückstellglied und die Vorbelastungsmittel aneinander angreifen, um die einzelnen zweiten Kontaktelemente gleichzeitig zwischen erster und

QQ zweiter Stellung zu verlagern.