DE4133475A1 - Thermischer differentialausloeser mit bimetallelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen thermischen Differentialaus­ löser mit Bimetallelementen für einen Schalter, insbeson­ dere einen Motorschutzschalter.

Aus der französischen Patentanmeldung Nr. 90 11 307 der Anmelderin vom 13. September 1990, betreffend ein "Verfah­ ren zur Einstellung von Bimetallelementen für einen ther­ mischen Differentialschutzschalter", ist ein thermischer Differentialauslöser für einen mehrphasigen Motorschalter bekannt, der mehrere in einer Reihe hintereinander angeord­ nete Bimetallelemente und zwei verschiebbare Leisten aus Isolierstoff besitzt, die in einer gemeinsamen Ebene anein­ ander angrenzen, Anschläge aufweisen, die zu beiden Seiten der Bimetallelemente anliegen, und durch einen Differential­ hebel aneinander angelenkt sind, um die Biegung der Bimetall­ elemente infolge einer Überlast oder eines Phasenungleich­ gewichts auf ein Organ zur Betätigung eines zugeordneten Schlosses zu übertragen.

Gemäß dieser Patentanmeldung besteht das Verfahren zur gleichzeitigen Einstellung der Bimetallelemente eines sol­ chen thermischen Differentialauslösers für einen Motor­ schutzschalter darin,

• - daß die einzelnen Abstände zwischen dem Nutzpunkt der einzelnen Bimetallelemente und dem Auslösepunkt des Schlos­ ses gemessen werden,
• - daß ein einziges Werkstück aus Isolierstoff hergestellt wird, das so geformt ist, daß es die beiden Leisten bil­ det, die in derselben Anzahl wie die Bimetallelemente vorgesehen und senkrecht zu deren Ebene angeordnet sind, und an diesem Werkstück der Differentialhebel montiert wird,
• - daß der Differentialhebel an einen feststehenden Anschlag angelegt wird, der zuvor bezüglich des Auslösepunktes des Schlosses in einem vorbestimmten Abstand positioniert wird, der dem elektrischen Auslöseweg des Auslösers bei einem bestimmten thermischen Auslösestrom entspricht,
• - daß die einzelnen Verbindungszonen des Werkstücks in den verschiedenen gemessenen Abständen auf Zonenstücken, die der Dicke der Bimetallelemente, in Querrichtung abge­ schnitten werden, wodurch die beiden Leisten voneinander getrennt werden, und
• - daß die beiden auf diese Weise getrennten und mit dem Differentialhebel bestückten Leisten in den Auslöser montiert werden, der die Bimetallelemente enthält, die gleichzeitig unter beidseitigem Kontakt in das entspre­ chende ausgeschnittene Zonenstück eintreten.

Bei diesem Verfahren ist es unbedingt erforderlich, daß das Trennen der beiden Leisten aus Isolierstoff durch Schnei­ den ausgehend von einem einzigen Werkstück so präzise wie möglich ist. Aus diesem Grund, und da es immer schwierig ist, einen Isolierstoff zu schneiden, und zwar umso mehr, als die Leisten relativ zerbrechliche Bauteile sind, müs­ sen aufwendige Spezialschneideinrichtungen wie Laserschneid­ geräte oder Diamantschleifscheiben verwendet werden.

Ziel der Erfindung ist es, einen thermischen Differential­ auslöser mit Bimetallelementen zu schaffen, der so ausge­ bildet ist, daß das Auseinanderschneiden der beiden Leisten aus Isolierstoff bei der Einstellung der Bimetallelemente unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens präzise und einfach mit Hilfe von gebräuchlichen Schneidwerkzeugen ausgeführt werden kann.

Zu diesem Zweck ist ein thermischer Differentialauslöser für einen Schalter, insbesondere einen Motorschutzschalter, bestehend aus

• - mehreren in Reihe hintereinander angeordneten Bimetall­ elementen,
• - zwei verschiebbaren Leisten, aus Isolierstoff die der Einwirkung der Bi­ metallelemente unterliegen, einander gegenüber angeord­ net sind und durch einen Auslösehebel aneinander ange­ lenkt sind, erfindungsgemäß insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leisten mit zwei Reihen von den Bimetallelemen­ ten zugeordneten flachen Metalleinlagen versehen sind, wobei jede Einlagenreihe besteht aus:
• - ersten flachen Schenkeln in derselben Anzahl wie die Bimetallelemente, die flach in die entsprechende Leiste eingebettet sind und sich über deren ganze Länge erstrecken, indem sie elektrisch voneinander isoliert sind,
• - zweiten flachen Schenkeln, die die ersten Schenkel jeweils verlängern, indem sie aus der entsprechenden Leiste her­ vorstehen und in einer zu den zugeordneten Bimetallele­ menten senkrechten Richtung gerichtet sind, wobei die zweiten Schenkel den beiden Einlagenreihen gemeinsam sind, so daß nach Einstellung der Bimetallelemente aus­ geschnittene Bereiche bestehen, in deren jeden das zuge­ ordnete Bimetallelement unter beidseitigem Kontakt ein­ tritt.

Da die beiden Leisten aus Isolierstoff mit flachen Metall­ einlagen versehen sind, deren herausragende zweite Schen­ kel den beiden Leisten gemeinsam sind, werden die beiden Leisten nicht mehr wie bisher getrennt, indem der die Leisten bildende Isolierstoff geschnitten wird, sondern indem das Metall zerschnitten wird, das die beiden herausragenden, den beiden Reihen von flachen Metalleinlagen gemeinsamen zweiten Schenkel bildet. Die Verwendung des Metalls bietet in diesem Fall unbestreitbar Vorteile, und zwar: es kann leicht mit Hilfe gebräuchlicher Werkzeuge (beispielsweise Schere) geschnitten werden, die Relaxation der mit Einlagen versehenen Leisten bei ihrer Trennung ist sehr gering und es tritt keine thermische Beschädigung durch Kontakt mit den Bimetallelementen auf.

Die beiden Leisten werden vorzugsweise durch Umgießen der ersten Schenkel ihrer flachen Metalleinlagen mit einem Kunststoff gebildet.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung besitzen die flachen Metalleinlagen der beiden Leisten eine geringe Dicke, was das Trennen der beiden Leisten durch Schneiden erleichtert.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der beiliegenden Zeichnung dargestellt ist. In dieser Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen thermi­ schen Differentialauslöser mit Bimetallelementen für einen Schalter, dessen Schloß schematisch als Block dargestellt ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil eines Metallbandes, das mit mehreren vorgestanzten Gittern versehen ist, die jeweils zur Bildung der Metalleinlagen dienen, wobei einige der Gitter mit den beiden durch Umgies­ sung gebildeten Leisten aus Isolierstoff dargestellt sind,

Fig. 3 ein vorgestanztes und umgossenes Metallgitter nach dessen Ablösung von dem Band von Fig. 2 und

Fig. 4 und 5 eine Darstellung der wichtigsten Stufen des Verfahrens zur Einstellung der Bimetallelemente des thermischen Differentialauslösers, und zwar: Messung der Abstände des Nutzpunktes der verschiede­ nen Bimetallelemente von dem Auslösepunkt des Schlos­ ses (Fig. 4), Anlegen des Hebels an einen vorposi­ tionierten festen Anschlag und anschließender Tren­ nung der beiden Leisten durch Schneiden (Fig. 5).

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen thermischen Differen­ tialauslöser mit Bimetallelementen, der für einen Schutz­ schalter verwendet wird, und zwar beispielsweise einen dreiphasigen Motorschalter mit thermischer Verzögerung, der insbesondere einen thermischen Schutz des Motors gegen Überlasten und Phasenungleichheiten gewährleistet.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt der ther­ mische Differentialauslöser 1 drei Bimetallelemente 2a, 2b, 2c mit einer gegebenen gleichen Nutzdicke e, die in Reihe hintereinander angeordnet sind und elektrisch mit den drei Phasen des Motors durch Phasenleiter verbunden sind.

Der Auslöser 1 besitzt ferner zwei verschiebbare Leisten 3, 4 aus Isolierstoff, die auf einander entgegengesetzte Weise in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt jede der Leisten 3, 4 aus Isolierstoff einen Längskörper 3a bzw. 4a, der auf einer Seite senkrecht zu ihm zwei gerad­ linige, zueinander parallele Arme 3b, 3c bzw. 4b, 4c auf­ weist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Leisten 3, 4 aus Isolierstoff ferner jeweils mit drei flachen Metall­ einlagen 6, 7, 8 versehen, die den drei Bimetallelementen 2a, 2b, 2c zugeordnet sind und aus folgenden Teilen bestehen:

• - drei erste Schenkel 6a, 7a, 8a (in Fig. 1 mit unterbroche­ nen Linien dargestellt), die flach und vollständig in die entsprechende Leiste eingebettet sind, wobei sie auf dieser verteilt angeordnet sind, und um eine so große Entfernung voneinander getrennt sind, daß die elektrische Isolierung zwischen Phasen gewährleistet ist;
• - drei zweite Schenkel 6b, 7b, 8b, die die drei ersten Schenkel 6a, 7a, 8a verlängern, indem sie aus der ent­ sprechenden Leiste herausragen, und sich in einer zu den zugeordneten Bimetallelementen senkrechten Richtung erstrecken, so daß die jeweiligen Enden der drei zweiten Schenkel 6b, 7b, 8b der Metalleinlagen 6, 7, 8 der beiden Leisten zu beiden Seiten an den drei Bimetallelementen 2a, 2b, 2c anliegen (vgl. Fig. 1).

Die drei flachen Metalleinlagen 6, 7, 8 jeder Leiste 3, 4 bestehen beispielsweise aus rostfreiem Stahl, um jede Gefahr einer Korrosion auszuschließen, und haben eine geringe Dicke von etwa einigen Zehntel Millimetern.

Die beiden Leisten 3, 4 werden zweckmäßigerweise durch Umgießen der drei ersten Schenkel 6a, 7a, 8a ihrer Metall­ einlagen 6, 7, 8 mit einem wärmehärtenden Kunststoff ge­ bildet.

Wie Fig. 1 zeigt, sind die beiden Leisten 3, 4 miteinander durch einen Auslösehebel 11 verbunden, der ebenfalls aus Isolierstoff besteht und auf zwei Drehzapfen 12, 13 mon­ tiert ist, die an den beiden Längskörpern 3a, 4a der beiden Leisten vorgesehen sind.

Der Hebel 11 (Fig. 1) besitzt ein Ende 11a, das im Normal­ betrieb an einem Betätigungsorgan 15 in Form eines Bimetall­ elements zum thermischen Ausgleich anliegt, das, wie in Fig. 1 mit dem Pfeil 16 dargestellt ist, dazu dient, ein mechanisches Schloß 17 zu betätigen, das die Auslösung des Schutzschalters bewirken kann.

Anhand der Fig. 2 und 3 wird nun beschrieben, wie die beiden mit ihren flachen Metalleinlagen 6, 7, 8 versehenen Leisten 3, 4 aus einem einzigen Werkstück hergestellt werden können, das anschließend in dem Verfahren zur Einstellung der Bimetall­ elemente verwendet wird.

Wie die linke Hälfte der Fig. 2 zeigt, werden die beiden Reihen von Metalleinlagen 6, 7, 8, deren drei Paare von paarweise einander entgegengesetzten ersten Schenkeln 6a, 7a, 8a miteinander durch die drei zweiten Schenkeln 6b, 7b, 8b verbunden sind, durch Vorstanzen eines flachen Metallgitters 20 in einem Metallband 22 von rechteckiger Form hergestellt.

Das Band 22 wird zweckmäßigerweise in Richtung des Pfeils T geradlinig durch eine beliebige Antriebseinrichtung bewegt, so daß mehrere gleiche Gitter 20 nacheinander in dem Band 22 ausgestanzt werden, wobei sie an diesem durch geeignete Ver­ bindungspunkte 23 befestigt bleiben.

Nach dem Vorstanzen der einzelnen Metallgitter 20 tritt das Band 22 in eine Gießstation ein, in der die Gitter 20 nach­ einander in Höhe der drei ersten Schenkel 6a, 7a, 8a der beiden Reihen von Einlagen 6, 7, 8 mit einem wärmehärten­ den Kunststoff umgossen werden, um die beiden Leisten 3, 4 zu bilden, wie Fig. 2 bei drei Gittern zeigt, die nun mit der Bezugszahl 25 bezeichnet sind. Bei Austritt aus der Gießstation wird das vorgestanzte und umgossene Gitter 25 durch Abbrechen der Verbindungspunkte 23 vom Band 22 gelöst.

Fig. 3 zeigt das vom Band 22 abgelöste Teil 25, das aus den beiden Leisten 3, 4 aus Isolierstoff mit den beiden Reihen von Metalleinlagen 6, 7, 8 besteht, die durch die zweiten Schenkel 6b, 7b, 8b der Einlagen miteinander verbunden sind, so daß eine autonome Einheit gebildet wird.

Das Teil 25 (Fig. 3) weist ferner die beiden Drehzapfen 12, 13 auf, die an den beiden Leisten 3, 4 angegossen sind und auf denen anschließend der Auslösehebel 11 aus Isolierstoff montiert wird (Fig. 1). Dieser Hebel kann entweder getrennt oder vorzugsweise gleichzeitig mit den beiden Leisten 3, 4 bei Durchgang des Bandes 22 (Fig. 2) durch die Gießstation gegossen werden, wobei der Hebel an einem der Längsränder des Bandes 22 gegossen wird und anschließend leicht abge­ trennt werden kann.

Nach Erhalt des Teils 25 und Montage des Auslösehebels 11 an diesem geht das Verfahren zur gleichzeitigen Einstellung der drei Bimetallelemente 2a, 2b, 2c der Fig. 1 folgender­ maßen vor sich, wobei die Bimetallelemente in dem Schalter fest montiert sind.

Wie Fig. 4 zeigt, werden die Stellungen der drei Bimetall­ elemente 2a, 2b, 2c bezüglich des zuvor festgelegten Auslöse­ punkts O des Schlosses 17 bestimmt. Hierzu werden die ver­ schiedenen Abstände A, B, C des einen Bezugsnullpunkt bil­ denden Auslösepunkts O von den verschiedenen Nutzpunkten U, V, W der Bimetallelemente 2a, 2b, 2c gemessen. Diese Abstände A, B, C werden anschließend gespeichert.

Die Baueinheit, die aus dem auf oben beschriebene Weise erhaltenen Werkstück 25 und aus dem montierten Auslösehebel 11 besteht (Fig. 5), wird nun einer Einstellstation zugeführt, in der das Ende 11a des Hebels 11 mit einem festen Anschlag 27 in Kontakt gebracht wird, die zuvor bezüglich des Auslöse­ punktes O des Schlosses in einem vorbestimmten Abstand D positioniert wurde, der dem bekannten elektrischen Auslöse­ hub des Schalters bei einem gegebenen thermischen Auslöse­ strom entspricht.

Nachdem der Hebel 11 mit dem festen vorpositionierten Anschlag 27 in Kontakt gebracht wurde, werden - weiterhin in dieser Einstellstation - die drei zweiten Schenkel 6b, 7b, 8b der flachen Metalleinlagen des Werkstücks 25 an den einzelnen ge­ messenen Abständen A, B, C in Querrichtung abgeschnitten (Fig. 5). Diese Schnitte bestehen in einer Metallwegnahme, die der Dicke e der Bimetallelemente entspricht, und können leicht mit Hilfe von gebräuchlichen Schneidwerkzeugen, wie beispielsweise einer Schere oder eines Schnittstempels, aus­ geführt werden.

In Fig. 5 sind die drei ausgeschnittenen Metallzonen bei 29 dargestellt.

Durch diesen an einem gemeinsamen Werkstück 25 ausgeführten Justierungsschnitt erreicht man auf vorteilhafte Weise in einem einzigen Arbeitsgang die paßgenaue Trennung der beiden Leisten 3, 4, was eine gleichzeitige Einstellung der Bimetall­ elemente gestattet.

Die Baugruppe, die aus den beiden Leisten 3, 4, die in Höhe der drei abgeschnittenen Metallzonen 29 voneinander getrennt wurden, und aus dem an diesen Leisten befestigten Auslösehebel 11 besteht, wird anschließend einer Montage­ station zugeführt, in der sie in den Schalter eingebaut wird. Hierbei treten die drei Bimetallelemente 2a, 2b, 2c gleichzeitig unter beidseitigem Kontakt in die entsprechende ausgeschnittene Zone 29 ein, während der Hebel 11 an dem Betätigungsorgan 15 zum Anliegen kommt (Fig. 1).

Die beiden Leisten 3, 4 können zweckmäßigerweise jeweils mit einer angegossenen Längsrippe (nicht dargestellt) ver­ sehen sein, die mit einer entsprechenden, im Gehäuse des Schalters vorgesehenen Nut zusammenwirken kann, so daß die Leisten bei ihrer Montage in den Schalter geradlinig geführt werden.

Der in Fig. 1 gezeigte thermische Differentialauslöser 1 mit eingestellten Bimetallelementen arbeitet folgendermaßen:.

Bei Auftreten einer Stromüberlast in jeder der ausgegliche­ nen Phasen beispielsweise eines Motors erwärmen sich die drei Bimetallelemente 2a, 2b, 2c und verformen sich auf gleiche Weise. Dabei nehmen sie geradlinig in Richtung des Pfeils F über die drei zweiten Schenkel 6b, 7b, 8b der Metalleinlagen 6, 7, 8 die Leisten 3, 4 mit. Der mit den beiden beweglichen Leisten 3, 4 fest verbundene Hebel 11 wirkt auf das Betäti­ gungsorgan 15 ein, das die Auslösung des Schlosses 17 und damit des Schalters bewirkt.

Bei einem Ungleichgewicht zwischen den Phasenströmen des Motors (Differentialbetrieb) erwärmen und verformen sich die drei Bimetallelemente 2a, 2b, 2c auf eine ungleiche Weise. Die Leiste 3, die von dem Bimetallelement mit der stärksten Verformung über den diesem Bimetallelement zuge­ ordneten zweiten Schenkel ihrer Metalleinlage mitgenommen wird, führt eine geradlinige Bewegung in Richtung des Pfeils F aus, die größer als die der Leiste 4 ist. Der Hebel 11 verschwenkt sich im Uhrzeigersinn und wirkt auf das Betäti­ gungsorgan 15 ein, welches die Auslösung des Schlosses 17 und damit des Schalters bewirkt.

Claims (3)

1. Thermischer Differentialauslöser für einen Schalter, insbesondere einen Motorschutzschalter, bestehend aus:

• - mehreren in Reihe hintereinander angeordneten Bimetall­ elementen (2a, 2b, 2c),
• - zwei verschiebbaren Leisten (3, 4) aus Isolierstoff, die der Einwirkung der Bimetallelemente unterliegen, einander gegenüber angeordnet sind und durch einen Auslösehebel (11) anein­ ander angelenkt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leisten (3, 4) mit zwei Reihen von den Bimetallelementen (2a, 2b, 2c) zuge­ ordneten flachen Metalleinlagen (6, 7, 8) versehen sind, wobei jede Einlagenreihe besteht aus:
• - ersten flachen Schenkeln (6a, 7a, 8a) in derselben Anzahl wie die Bimetallelemente, die flach in die entsprechende Leiste (3, 4) eingebettet sind und sich über deren ganze Länge erstrecken, indem sie elektrisch voneinander isoliert sind,
• - zweiten flachen Schenkeln (6b, 7b, 8b), die die ersten Schenkel (6a, 7a, 8a) jeweils verlängern, indem sie aus der entsprechenden Leiste (3, 4) hervorstehen und in einer zu den zugeordneten Bimetallelementen senkrechten Richtung gerichtet sind, wobei die zweiten Schenkel den beiden Einlagenreihen (6, 7, 8) gemeinsam sind, so daß nach Einstellung der Bimetallelemente ausge­ schnittene Bereiche (29) bestehen, in deren jeden das zugeordnete Bimetallelement (2a, 2b, 2c) unter beidseitigem Kontakt eintritt.

2. Auslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leisten (3, 4) durch Umgießen der ersten Schenkel (6a, 7a, 8a) ihrer jeweiligen flachen Metall­ einlagen (6, 7, 8) mit Kunststoff gebildet sind.

3. Auslöser nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flachen Metalleinlagen (6, 7, 8) der beiden Leisten (3, 4) eine geringe Dicke haben.