DE572776C - Mehrpoliger UEberstromschalter mit thermischer und von dieser unabhaengiger magnetischer Ausloesung in mindestens zwei Polen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AlS
23. MÄRZ 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JV£ 572 KLASSE 21 c GRUPPE

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)

Auslösung in mindestens zwei Polen

Patentiert im Deutschen Reiche vom 22. Mai 1926 ab

Es ist bekannt, Bimetallstreifen zur direkten Auslösung von Überstromschaltern zu benutzen, indem man sie unmittelbar auf die Schalterverklinkung arbeiten läßt. Man hat z. B. zu diesem Zweck Pakete von einfachen oder U-förmig geschlitzten, stromdurchflossenen Bimetallstreifen verwendet. Einzelne Bimetallstreifen als direkt wirkendes Auslöseorgan sind bisher jedoch nur für kleine einpolige Selbst-Schalter in Stöpselform u. dgl. für Lichtstromkreise und ähnliches verwendet worden, weil die Bimetallstreifen, die nur bis zu wenigen Millimeter Dicke hergestellt werden, nicht genügende Biegefestigkeit besitzen, um ohne bleibende Verbiegung die Widerstände von Schaltergesperren mit größeren Klinkendrücken zu überwinden, wie sie z. B. bei mehrpoligen Selbstschaltern, Motorschutzschaltern u. dgl. auftreten. Man hat daher notgedrungen die

thermischen Uberstromschutzeinrichtungen von mehrpoligen Schaltern mit größerem Klinkendruck, soweit ihr thermisches Element aus einfachen Bimetallstreifen besteht, meist als Kontaktrelais ausgebildet, die auf eine Nullspannungs- oder Auslösespüle wirken.

Andere Anordnungen verwenden Arbeitsspeicher o. dgl., die durch das Einlegen des Schalters geladen und durch das Ansprechen des Bimetallstreifens freigegeben werden und dann mittels der großen frei werdenden Kräfte das Schaltergesperre öffnen. Für Motorschutzschalter, - insbesondere solche für, kleine und mittlere Motoren, kommt es aber darauf an, eine möglichst einfache und billige Bauart ohne solche Speicher und ohne Nullspaniiungs- oder Auslösespule zu haben; denn Nullspannungsspulen sind oft unerwünscht, z. B. in unbeobachteten Stationen, in denen bei kurzzeitigem Spannungsrückgang der Schalter nicht auslösen soll, und Auslösespulen arbeiten nicht mehr zuverlässig, wenn z. B. bei Kurzschluß die Spannung unter einen gewissen Betrag sinkt. Arbeitsspeicher wiederum verteuern den Schalter erheblich.

Die Widerstandsfähigkeit auch eines einzelnen Streifens gegen Durchbiegung unter Beibehaltung einer möglichst großen Streifenlänge, die nötig ist, um eine möglichst große Endausbiegung, zu erreichen, kann man gegenüber einem geraden oder schwach gekrümmten g₀ Bimetallstreifen sehr stark erhöhen, wenn man ihn zu einer U-förmigen oder ähnlichen Gestalt mit etwa gleich langen Schenkeln zusammenbiegt. Ein solcher an seinem Ende eingespannter Bimetallstreifen ist imstande, sofern er aus geeignetem Material, z. B. Nickelstahl-Legierungen, besteht, auch mehrpolige Schalter mit beträchtlichem Klinkendruck ohne Gefahr einer

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Alfred Colin in Berlin-Charlottenburg.

bleibenden Verbiegung direkt auszulösen. Man erhält durch dieses einfache thermische Glied ein Konstruktionselement einfachster Art zur Auslösung solcher mehrpoliger Selbstschalter 5 ohne Übersetzungsglied, Arbeitsspeicher oder Auslösespulen.

Für höhere Überlastungen, die ein gewisses Vielfaches des Nennstromes übersteigen, z. B. das 6- bis 8fache bei Motorschutzschaltern ίο für Drehstrommotoren, ist meist eine unverzögerte Auslösung erwünscht. Eine solche unverzögerte Kurzschlußauslösung erfüllt gleichzeitig den Zweck, das Bimetallelement bzw. die den Bimetallstreifen heizende Wicklung vor Überhitzung bei Kurzschlüssen zu schützen. Diese Kurzschlußauslösung läßt sich unabhängig von der thermischen Auslösung in an sich bekannter Weise durch einen Überstrommagneten erreichen, der direkt auf das Schaltergesperre arbeitet, und zwar ergeben sich für diesen Magneten besonders kleine Abmessungen und geringer Verbrauch an Eisen und Kupfer, da er erst bei dem erwähnten Vielfachen des Nennstromes anzusprechen braucht. Man kommt infolgedessen mit einem Bruchteil derjenigen Materialmenge aus, die man z. B. brauchen würde, wenn man einen Magnetanker, der bereits beim thermischen Grenzstrom anspricht, durch ein thermisches Element sperrt oder steuert. Die Kombination dieser beiden einfachen und billigen Elemente, U-förmig gebogener Bimetallstreifen und Kurzschlußmagnet, ergibt also eine besonders wirtschaftliche und dabei betriebssichere Bauart von Motorschutzschaltern.

Den Bimetallstreifen kann man in an sich bekannter Weise direkt durch den Strom oder indirekt durch ein in oder an ihn gelegtes Heizband oder eine um ihn gewickelte Heizwicklung o. dgl. beheizen. Bei Stromstärken unter etwa 8 bis 10 A ist eine indirekte Beheizung erforderlich, weil man bei direktem Stromdurchgang, 2. B. durch einen U-förmig gebogenen und U-förmig geschlitzten Streifen, auf so geringe Querschnitte des stromdurchflossenen Bimetallmaterials kommen· würde, daß die Festigkeit gegen Verbiegung in Frage gestellt wäre. Bei indirekter Beheizung ist es von besonderer Wichtigkeit, einerseits den Wärmedurchgangswiderstand der Isolationsschicht zwischen Bimetall und Wicklung möglichst klein zu halten, weil anderenfalls die Wärme, zumal bei höheren Überströmen, so langsam in das Bimetall übergehen würde, daß die Wicklung durchbrennen könnte, ehe das Bimetall die zur Auslösung erforderliche Temperatur erreicht hat. Geringer Wärmewiderstand der Isolationsschicht ist ferner auch deshalb erforderlich, weil bei großem Wärmewiderstand nach einer erfolgten Überstromauslösung die Wartezeit bis zur Wiedereinschaltbarkeit des Schalters wegen der Nachbeheizung des Bimetalls durch die in der Isolationsschicht aufgespeicherte Wärme unerwünscht groß würde. Andererseits muß die Isolationsschicht elektrisch verhältnismäßig hochwertig sein, zumal wenn man den Bimetallstreifen selbst als Rückleitung für den Strom der Wicklung benutzt, weil bei Kurzschluß hinter dem Schalter nahezu die gesamte Netzspannung an den beiden Enden der Wicklung liegt und daher die stark erwärmte Isolationsschicht mit der nahezu vollen Betriebsspannung auf Durchschlag beansprucht wird. Diese Forderungen, zu denen noch die der hohen Wärmebeständigkeit kommt, stehen in einem gewissen Gegensatz zueinander,- da man einerseits für den guten Wärmeübergang eine möglichst dünne und gut wärmeleitende Isolierschicht braucht, andererseits aus elektrischen Gründen die Schicht entweder eine hohe spezifische Durchschlagsfestigkeit haben muß, die jedoch meist mit schlechter Wärmeleitfähigkeit gepaart ist, oder aber eine gewisse Dicke nicht unterschreiten darf. Eine vorteilhafte Anordnung, die diese Forderungen vereinigt, erhält man, wenn man gemäß der weiteren Erfindung den Bimetallstreifen zunächst mit einer oder zwei Lagen aus Seiden-, Baumwoll- oder dünnem Asbestfaden o. dgl. go umwickelt und die Lagen zur Erhöhung der Wärmebeständigkeit und Durchschlagsfestigkeit mit geeigneten Flüssigkeiten oder Lacken, wie Wasserglas, Bakelitlack oder anderen Imprägnierlacken, tränkt. Auch eine Emaillierung des Streifens ergibt brauchbare Resultate, zumal wenn man die Emailleschicht noch mit einer Lage Seiden-, Baumwolle- oder Asbestschnur umwickelt, bevor man die Heizwicklung aufbringt. . .

Zwecks guter Ausnutzung der Heizwärme muß man die Berührung zwischen Heizwicklung und Isolationsschicht möglichst innig und großflächig machen; dies läßt sich besonders vorteilhaft erreichen, wenn man als Material für die Wicklung Bandmaterial hohen spezifischen Widerstandes verwendet, z. B. Chromnickel und ähnliche Legierungen. Diese ergeben für eine bestimmte geforderte Übertemperatur bei gegebenem Strom infolge ihres hohen spezifischen Widerstandes große Querschnitte. Sie ermöglichen daher also trotz der wegen der großflächigen Berührung erwünschten großen Bandbreite genügende Bandstärke und geben somit eine verhältnismäßig hohe Zeitkonstante. Diese wiederum ist erwünscht, um bei wiederholtem Schalten auf Kurzschluß den Temperaturanstieg in der Heizwicklung infolge des jedesmal, wenn auch nur kurzzeitig fließenden Kurzschlußstromes nach Möglichkeit zu verlangsamen und somit die Heizwicklung tyor Überhitzung zu schützen.

Ein besonders sicheres Mittel, solche Überhitzungen zu vermeiden, besteht gemäß der weiteren Erfindung darin, den Schalter so auszubilden, daß der Bimetallstreifen, sobald er eine bestimmte, über der Auslösetemperatur liegende Temperatur erreicht hat, so auf das Schaltergesperre einwirkt, daß die Kupplung zwischen Schaltergriff und Schaltwelle, die zum Zweck der Freiauslösung angebracht ist, nicht ίο mehr zum Eingriff gebracht werden kann, vielmehr erst nach genügender Abkühlung des Streifens die Schaltwelle wieder von der Griffwelle mitgenommen wird und somit erst dann die Kontakte wieder zur Berührung gebracht werden können.

Die Erfindung besteht demnach im wesentlichen darin, daß bei mehrpoligem Überstromschalter mit thermischer und von dieser unabhängiger magnetischer Auslösung in mindestens zwei Polen die thermischen Auslöser aus direkt auf das Schaltergesperre wirkenden U-förmig oder ähnlich gebogenen, strombeheizten Bimetallstreifen bestehen und die magnetischen Auslöser erst bei einem Mehrfachen des thermischen Auslösegrenzstromes ansprechen und daß nach Überschreitung der Grenztemperatur des Bimetallstreifens die zwischen Schaltwelle und Schaltgriff zum Zweck der Freiauslösung angebrachte Kupplung durch die Stellung des Bimetallstreifens am Eingriff verhindert ist.

In der Zeichnung ist in Abb. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar ist von dem z. B. dreipoligen Schalter außer dem Klinkenschloß mit semen Zubehörteilen nur ein Schalterpol gezeichnet, desgleichen nur ein Bimetallelement und ein Kurzschlußmagnet. Die Abb. 2 und 3 zeigen Einzelheiten des Schalters in vergrößerter Wiedergabe.

Auf der Schaltwelle α ist der bewegliche Kontakt b befestigt, dessen oberer Teil in der eingeschalteten Stellung gegen den festen Kontakt c drückt. Das Wärmeglied d besteht aus einem U-förmig geschlitzten und in Form eines U mit weitem Bauch gebogenen Bimetallstreifen, der in den auf der Grundplatte sitzenden Anschlußstücken e und f befestigt ist. Seinem freien Ende y gegenüber befindet sich auf der Auslösewelle g befestigt ein Auslösenocken h, der zwecks Änderung der Auslösestromstärke um die Achse i drehbar ist. Der Kurzschlußmagnet k mit der Wicklung/ besitzt einen Anker m, der beim Anziehen auf den Auslösenocken η trifft. Dieser ist ebenso wie der Nocken h auf der Auslösewelle g befestigt. Auf der Schaltwelle a, deren Lagerungen nicht mitgezeichnet sind, ist an der rechten Seite die Platte 0 befestigt. Die Platte 0 trägt die Rolle φ und, an einem Stift w befestigt, die

So Rückzugsfeder q, die auf der anderen Seite an der Schaltergrundplatte angebracht ist. Auf der Griffwelle r mit dem Griff s, deren Lagerung ebenfalls nicht gezeichnet ist, ist der Sperrhebel t drehbar angeordnet. Auf der gleichen Welle sitzt ferner der Hebel u, an dessen Ende der S-förmige Hebel ν drehbar angelenkt ist; das freie Ende des Hebels ν ist als Klinke ζ ausgebildet und trägt außerdem den Winkel /. Die auf der Auslösewelle g befestigte Fahne χ bildet das Übertragungsglied der Bewegungen der Schaltwelle auf das Klinkenschloß. Das Schloß ist in eingeschalteter Stellung gezeichnet.

Dreht sich die Auslösewelle, so drückt die auf ihr befestigte Fahne χ auf den Sperrhebel t und nimmt durch das Winkelblech / die Klinke ζ mit, die infolgedessen von der Rolle φ abgleitet. Nunmehr kann die Rückzugsfeder q die frei gewordene Platte 0 und die mit ihr fest verbundene Schaltwelle α drehen und somit die Kontakte öffnen. Bei Überstrom bewegt sich das freie Ende y des Bimetallstreifens in der Pfeilrichtung auf den Nocken h zu und drückt auf diesen. Hierdurch wird die Auslösewelle gedreht und nach Erreichung einer bestimmten Temperatur durch die auf das Gesperre wirkende Fahne χ die Schalterverklinkung, wie oben beschrieben, gelöst. Bei sehr hohen Überströmen wird der Magnetanker m angezogen und schlägt durch Mitnehmen des Nockens η ebenfalls die Verklinkung heraus. Erreicht das go Bimetallglied, wie z. B. in Abb. 3 dargestellt, beim wiederholten Schalten auf Kurzschluß durch die sich summierenden Stromstöße eine höhere als die Auslösetemperatur (Grenztemperatur), so kommt das Bimetallende y schließlich in eine Lage, in der es den Nocken h und damit die Auslösewelle g mitsamt der Fahne χ in einer Stellung hält, in der der Sperrhebel t so hoch zu liegen kommt, daß der Klinkenhebel ν beim Versuch, durch Drehen des Griffes s einzuschalten, gar nicht mehr zum Eingriff mit der Rolle p gebracht werden kann, d. h. die Kontakte lassen sich nicht mehr zur Berührung bringen, sofern die Temperatur des thermischen Gliedes einen gewissen Wert, die Grenztemperatur, überschreitet.

Abb. 2 stellt einen Bimetallstreifen dar, der zunächst mit einer Isolationswicklung, wie oben beschrieben, und darüber mit einer Heizbandwicklung bewickelt ist. Diese ist im n₀ Punkt .4 mit dem Bimetallstreifen vernietet, so daß der Bimetallstreifen selbst als Rückleitung für den Strom dient.

Claims (4)

1. Patentansprüche: "5

   i. Mehrpoliger Überstromschalter mit thermischer und von dieser unabhängiger magnetischer Auslösung in mindestens zwei Polen, dadurch gekennzeichnet, daß die thermischen Auslöser aus direkt auf das Schaltergesperre wirkenden U-förmig oder

   ähnlich gebogenen, strombeheizten Bimetallstreifen bestehen und die magnetischen Auslöser erst bei einem Mehrfachen des thermischen Auslösegrenzstromes ansprechen und daß nach Überschreitung der Grenztemperatur des Bimetallstreifens die zwischen Schaltwelle und Schaltgriff zum Zweck der Freiauslösung angebrachte Kupplung durch die Stellung des Bimetallstreifens am Eingriff verhindert ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmigen Bimetallstreifen durch eine darumgelegte, elektrisch von ihnen isolierte Wicklung aus Band vorzugsweise hohen spezifischen Widerstandes, wie z. B. Chromnickel und ähnlichen Legierungen, indirekt beheizt werden.
3. ■ 3· Vorrichtung nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein an dem Bimetallstreifen anliegendes, ebenfalls U-förmig gebogenes, stromdurchflossenes Heizband für die indirekte Beheizung vorgesehen ist, das ebenfalls U-förmig geschützt oder anderweitig eingeschnitten ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht zwischen der Heizwicklung und dem Bimetallstreifen aus einer oder wenigen um den Bimetallstreifen gewickelten Lagen Seiden-, Baumwoll-, Asbestschnur o. dgl. besteht, die zur Erhöhung der Wärmebeständigkeit und Durchschlagsfestigkeit mit geeigneten Flüssigkeiten oder Lacken getränkt sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen