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Durch elektromagnetische und durch Wärmewirkung ansprechender Auslöser
für elektrische Schalter Bei den bislang bekannt gewordenen sogenann ten kombinierten
Auslösern für elektrische Schalter umgibt eine Spule ein Auslöseorgan, das sowohl
einem elektromagnetisch ansprechenden Eisenkern wie ein Zusatzgewicht enthält, das
mit einer leicht schmelzbaren Legierung vom z. B. 70° C mit dem Eisenkern im Betriebszustande
verbunden ist. Die Spule übt nun sowohl eine elektromagnetische Wirkung auf den
Eisenkern wie eine Heizwirkung auf die Lötstelle aus. Beim Erweichen der letzteren
wird die Verbindung des Zusatzgewichtes mit dem Eisenkern gelöst, so daß nunmehr
der Eisenkern bei einer geri gereu Stromstärke von der Spule angezogen werden kann
und einen Schaltvorgang einzuleiten befähigt ist.
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Mit Rücksicht auf die erforderliche freie Beweglichkeit des Auslöseorgans
innerhalb des Spulenkörpers der gemeinsamen, die elektromagnetische und die Heizwirkung
ausübenden Spule erfolgt die Wärmeübertragung über einen Luftraum, wodurch in gewissen
Fällen eine ungewünschte Verzögerung im Ansprechen der Lötstelle eintritt. Besonders
für den Schutz 'kleinerer Elektromotoren sowie von elektrischen Leitungen ist diese
Verzögerung im Ansprechen vorn Nachteil, da die Zeitkonstante dieser Stromverbraucher
mehr oder weniger gering ist.
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Gegenstand der nachstehend beschriebenen Anordnungen ist nun die Durchbildung
.eines sogenanuten kombinierten Auslösers, der ein schnelleres Ansprechen der Lötstelle
ermöglicht, wobei ebenfalls eine gemeinsame Spule für die thermische und für die
elektromagnetische Wirkung benutzt wird. Das Wesen der Erfindung besteht darin,
daß in den Spulenkörp,er, und zwar in den unteren Teil des Spulemkörpers, der Eisenanker
durch die elektromagnetische Wirkung der Spule hineingezogen wird, während sich
in der von der unteren Hälfte getrennt liegenden oberen Hälfte des Spulenkärpers
der mit leicht schmelzbarer Legierung von z. B. 70° C Schmelzpunkt (Woodsches Metall)
festgelöteter Drehkörper befindet. Dieser Drehkörper vermag beim Weichwerden, der
Legierung eine Schaltersperrung freizugeben oder einen Kontakt herzustellen, wodurch
die Auslösung eines
Schalters herbeigeführt oder ein Signal betätigt
wird. Durch die unmittelbare Anbringung der Dmehlötstelle innerhalb des Spulenkörpers
erfolgt eine Beheizung der Lötstelle ohne Luftzwischenräume und unter Anwendung
geringer Metallmassen, so daß ein kurzzeitiges Ansprechen der Lötstelle erreicht
wird. Um den Auslöser vollkommen selbsttätig arbeitend zu gestalten, kann er in
eine solche mechanische Verbindung mit dem Schaltmechanismus des Schalters gebracht
werden, daß nach dem Ansprechen der Lötstelle .der vorherige Betriebszustand durch
den Schalter selbst wiederhergestellt werden kann.
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Durch die Abb. i und 2 soll der Auslöser bzw. das Relais in seiner
Anwendung als Motorschutz im einzelnen beschrieben werden, während die Abb.3 eine
besondere Ausführung des Auslösers zeigt, die hauptsächlich wegen ihren sehr geringen
Zeitkonstante für den Schutz .elektrischer Leitungen geeignet ist. Durch die Abb.
q. bis 7 wird ferner die Wirkungsweise des Auslösers. in Verbindung mit dem Schalter
dargestellt.
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Die Abb. i gibt den Auslöser in. Ansicht und die Abb. 2 im Schnitt
wieder. Die an die Klemmen i und 2 angeschlossene Heiz- und Zugspule 3 umgibt den
Spulenköxper q:, der seinerseits auf dem Metallwinkel s befestigt ist, wo,duxch
das eigentliche Relais an der Grundplatte 6 befestigt ist. Der Eisenkern ist mit
7 bezeichnet und kann durch den verstellbaren Winkel 8 und die Stellschraube g in,
gewünschter Lage im Feld der Spule .3 gehalten werden. In der oberen Hälfte des
Spulenkörpers q. ist ein Drehlötstift io angeordnet, der mit leicht schmelzbarer
Legierung, wie aus der Abb. 2 zu ersehen ist, i11 denn Spulenkörper festgelötet
ist. Der Drehlötstift ist mit einem oberhalb des S,pulenkörpers angeordneten Zahnrädchen
i i fest verbunden. Neben dem Spulenkörper bzw. der Spule befindet sich ein um eine
Achse drehbar gelagerter Hebel 12, der durch eine U-förmig gebogene BJattfeder 13
verlängert ist. Der eine Schenkel der Blattfeder ist so, angeordnet; daß er bei
festgelötetem Lötstift hinter einen Zahn des Zahnrädchens i i greift und in dieser
Lage gehalten wird. Dabei wird eine Feder i ¢ gespannt (Abb. i), die bestrebt ist,-
den Hebel 12 nebst Feder z3 aus der Bildebene herauszubewegen. Solange die Lötstelle
nicht erweicht ist, kann diese Drehung nicht stattfinden, da die Feder 13, wie bereits
erwähnt, hinter einen Zahn des Zahnrädchens i i greift: Erfolgt jedoch die Loslötung
des Drehlötstiftes unter der Einwirkung der von der Spule 3 ausgehenden Beheizung,
so vermag sich der Hebel 12 nebst Feder 13 unter der Wirkung der Feder i q. zu drehen.
Durch ' diesen Vorgang kann nun. die Auslösung des Schalters, der durch das Relais
gesteuert werden soll, herbeigeführt werden. Durch die Bewegung des Hebels 12 hat
die Drehlötstelle und das mit ihr verbundene Zahnrädchen sich um einen kleinen Winkel
bewegt. Die Festlötung erfolgt in, dieser Lage, wenn die Heizwirkung der Spule 3
aufhört. Durch Zurüdebringen des Hebels 12 und der Feder 13 in die vorherige Lage
vermag sich die Feder wieder hinter einen Zahn des Zahnrädchens zu legen, so daß
der Hebel 12 in dieser Lage wieder gesperrt gehalten wird. Die Anbrinigwng der U-förmigen
Feder an dem Hebel 12 ist erforderlich, um bei der Zurückführung des Hebels 12 in
die Betriebslage ein seitliches Ausweichen, der Feder 13 zu ermöglichen, bis die
Wiedereinklinkung erfolgt ist. Die Rückführung des Hebels 12 kann sowohl von Hand,
z. B. durch Betätigung eines Druckknopfes, erfolgen oder auch, selbsttätig durch
den Schaltvorgang des Schalters selbst Vor Beschreibung dieses Vorganges soll noch
eine Abänderung des vorstehend beschriebenen Relais erläutert werden, die sich besonders
für den Schutz von Stromverbrauchern mit kleiner Zeitkonstante, z. B. Leitungen,
eignet. Durch die Abb.3 ist diese Anordnung dargestellt. Der Aufbau des Relas und
die Wirkung erfolgt in gleicher Weise wie bei den vorstehend beschriebenen Relais,
jedoch ist eine Abänderung in bezug auf die Drehlötstelle vorgenommen. Bei der durch
Abb. 3 dargestellten Anordnung ist die Drehlötstelle durch ein Zahnrädchen i i gebildet;
dass sich auf einem Heizdraht 15 zu drehen vermag, auf dem es in normalem Betriebszustande
mit leicht schmelzbarer Legierung festgelötet ist. Die Beheizung der Lötstelle erfolgt
bei dieser Anordnung nichtallein durch Warmeüb-ertragung seitens der Heizspule,
sondern auch durch unmittelbare Beheizung der Lötstelle, da der Widerstandsdraht
15 mit der Heizspule 3 in Serie geschaltet ist und direkt vom Strom durchflossen
wird. Wie aus der Abb. 3 zu ersehen ist, ist das innere Ende der Spule 3 über den
Spulenkörper mit dem Widerstandsdraht verbunden. Das Ende des Widerstandsdrahtes
führt an die Klemme i, das äußere Ende der Spule an die Klemme 2. Das Zahnrädchen
ist mit Rücksicht auf besseren Eingriff gegenüber der Abb. i ,auf einer wagerechten
Achse drehbar angeordnet; dementsprechend ist auch die Feder 13 am Hebel 12 anders
geformt. Die Wirkungsweise ist die gleiche wie bei den vorstehend beschriebenen
Auslösern, jedoch vermag die Drehlötstelle bei kurzzzeitigen höheren Überlastungen
zufolge der unmittelbaren Beheizung schon anzusprechen,
ehe die
volle Heizwirkung der Spule 3 auf die Lötstelle zur Auswirkung kommen kann. Die
Spule 3 bzw. die von ihr .ausgehende Heizwirkung beistimmt in Verbindung mit der
unmittelbaren Beheizung der Lötstelle den Dauerwert des Relais für thermisches Ansprechen.
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Die Wirkung des elektromagnetischen Auslösers 7 kann eine ' unmittelbar
mechanische auf das Schaltschloß des Schalters oder eine indirekte elektrische sein,
z. B. durch Öffnung oder Schließen eines Hilfskontaktes einer Spannungsspule des
Schalters.
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Während bei, der senkrechten Anordnung des Auslösers bzw. des Relais
die elektromagnetisch;e Auslösung in bekannter Weise durch den Eisenkern und die
selbsttätige Rückführung des Auslöseargans, nämlich durch I3erabfallen des Ankers,
erfolgt, ruß bei den vorstehend beschriebenen Relais die Rückführung des thermischen.
Auslöseorgans bzw. des durch letzteres gesteuerten Auslösehebels auf mechanischem
Wege erfolgen. Es wurde bereits erwähnt, daß diese Rüickführung zweckmäßigerweise
durch den. Schalter selbst erfolgt, wodurch der ganze Schaltvorgang ein selbsttätiger
wird. Durch die Abb.4 bis 7 soll eine beispielsweise Ausführungsmöglichkeit .erläutert
werden. In den Abbildungen ist die Spule wieder mit 3, der Auslösehebel mit 12,
die an diesem befestigte Blattfeder mit 13, das Zahnrädchen mit i i und der Eisenanker
mit 7 bezeichnet. Die Feder 14 ist in den Abb. ¢ bis 7 als Schraubenzugfeder dargestellt.
Das Relais arbeitet zusammen mit einem Auslöse- bzw. Rückführungsmechanismus, der
auf der Grundplatte des Schalters in geeigneter Lage zu den Relais angeordnet ist.
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Der Mechanismus besteht aus einer Schaltwelle 16 mit einem auf dieser
angeordneten Auslösehebel 17, der mit einem Klinkenhebel 18 zusammenarbeitet, der
seinerseits mit dem Schaltschloß in Verbindung steht. Mit ig sei ein Klinkenhebel
dargestellt, der sich in Betriehsstellung hinter eine Klinke 2o legt, so daß der
Schalter in dieser Stellung in eingeschaltetem Zustande gehalten werden kann. Beim
thermischen Ansprechen der Lötstelle bewegt sich der Hebel 12 mit der Feder 13 unter
der Wirkung der Feder 14 aus der in Abb. 4 dargestellten Lage in Pfeilrichtung in
die durch Abb. 5 dargestellte Lage, wobei der Lötstift der Drehlötstelle mit Zahnrädchen
um einen kleinen Winkel gedreht wird. Bei diesem Bewegungsvorgang drückt ein an
dem Hebel 12 angeordneter Stift 21 gegen den auf der Schaltwelle angebrachten Anschlag
22, wodurch die Welle 16 etwas gedreht wird, so daß der Hebel 17 sich abwärts
bewegt. Dadurch wird der Klinkenhebel 18 ebenfalls um einen kleinen Winkel gedreht,
so. daß der Klinkenhebel 19 durch die Klinke 2o freigegeben werden kann. Durch die
Bewegung des Klinkeahe,bels ig in Pfeilrichtung wird nun die Ausschaltung des Schalters
herbeigeführt. Die Endstellung dieses Bewegungsvorganges ist durch die Abb.5 dargestellt.
Wie aus den Abb.4 und 5 zu :ersehen ist, vermag auch der Eisenanker 7, wenn er bei
hohen Überlastungen in die Spule hineingezogen wird, durch Anschlag an den Hebel.
23, der ebenfalls an der Schaltwelle 16 befestigt ist, seinerseits auf gleiche Weise,
wie vorstehend beschrieben, über die Verklin jung das Schaltschloß des Schalters
auszulösen; wie aus .den Abbildungen zu ersehen ist, sind die Bewegungsvorgänge
bei thermischer Auslösung und bei eldktromagnetischer Auslösung unabhängig voneinander.
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Aus der im. Abb. 5 dargestellten Lage läßt sich nun ,auf rein mechanischem
Wege durch Handbetätigung der Hebel 12 nebst Feder 13
in die durch Abb. 4
dargestellte Lage zurückbewegen, wobei die Feder 13 wieder hinter einem Zahn des
Zahnrädchens i i fest zu liegen kommt, wenn inzwischen die Wiederfestlötung - der
Lötstelle stattgefunden hat. Der Schalter läßt sich dann ohne weiteres wieder einschalten.
Es läßt sich jedoch auch erreichen, daß der Hebel 12 nebist Feder 13 selbsttätig,
und zwar beim Ausschalten des Schalters, in seine Betriebsstellung zurückgeführt
wird. Hierzu kann derselbe Kraftspeicher, z. B. eine Zugfeder, verwendet werden,
der die Hauptschaltwelle in die Ausschaltstellung führt. Aus den. Abb.6 und 7 ist
die Wirkungsweise dieser selbsttätigen Rückführung zu ,ersehen. Auf der Hauptschaltwelle
24 ist ein. Hebel 25 angebracht, an .dem um den Punkt 26 drehbar eine Schiene 27
angelenkt ist. Diesle Schiene greift an einem Stift 28 an, der an einem Hebel 29
befestigt ist, der seinerseits fest auf der Schaltwelle 16 angebracht ist. Nach
erfolgtem Ansprechen des Auslösers (Abb.5) haben zunächst die Teile 2q.-29 des Rückführungsimechanismusbei
Beginn des Ausschaltvorganges des Schalters, d. h. vor Drehung der Haup:tschaltwelle
24, mit den auf derselben isoliert angebrachten (nicht dargestellten) Kontakten
die durch Abb. (-i dargestellte Lage. Durch die beim Hauptvorgang -erfolgende Drehung
der Hauptschaltwelle 24 gelangt der Rückführungsmechanismus in die durch Abb. 7
wiedergegebene Endlage. Durch diese Bewegung irr Pfeilrichtunga wird die Schieine
27 angehoben, wodurch der Hebel 29 .ebenfalls in Pfeilrichtung mitgenommen wird.
Durch die Drehung der Schaltwelle 16 drückt der Anschlag 22 gegen den Stift 2i ,am
Hebel 1a, wodurch dieser unter Spannung der Feder 14 in die
durch
Abb. 7 bzw. 4 dargestellte Lage zurückgeführt wird. Ist die Wiederfestlötung der
Lötstelle .eTfolgt, so klinkt sich die Feder 13 hinter einen Zahn des Zahnrädchens
i i ein, und der Schalter kann wieder eingelegt werden (Pfeilrichtung b). Bevor
die Wiederfestlötung der Lötstelle erfolgt ist, ikann der Schalter nicht in der
Einschaltstellung gehalten werden.